基于FPGA高速信号采集的多角度动态光散射法纳米粒径测量

张泽瑞，黄 鹭，高思田，蔡晋辉，孙 淼，崔 震

(1.中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018；2.中国计量科学研究院，北京 100029)

1 引 言

纳米颗粒无论在电子、化学化工、环保、生物技术、光学、医药、冶金、航空航天、计算机和信息技术等高新产业，还是在基础前沿研究方面中的应用均具有重要的意义[1]。纳米颗粒发挥其优异性能的关键在于颗粒的尺度效应[2～4]。因此，对粒径及形貌的准确测量是纳米颗粒应用的前提。大多数测量方法基于光散射原理或光学成像[5]，其中扫描电子显微镜法是公认最直观、准确的方法，常作为其他测量方法的检验与标定[6,7]。但该方法统计效率低、制样复杂、要求样品导电性，难以对颗粒进行原位观测[8]。相比之下，动态光散射法作为实时、快速、无损的统计学颗粒粒径测量方法，逐渐被人们广泛关注[9,10]。

动态光散射(dynamic light scattering,DLS)对纳米颗粒粒径测量时，随机运动的颗粒对入射激光进行散射，形成波动的散射光强信号，并经由光子计数器转换成脉冲电信号。将采集到的电信号进行自相关运算，并反演算法求得颗粒粒径。且随着技术的进步，单角度动态光散射已逐渐不能满足亚微米颗粒粒径准确测量、混合颗粒粒径精确测量等要求，多角度动态光散射系统逐渐显露优势[11]；多角度测量可为后续反演运算引入更多能够反映实际颗粒粒径信息的边界条件，更有望解决多分散体系颗粒粒径分布的测量[12]。

在高速信号处理方面，现场可编程门阵列(field programmable gate array,FDGA)是近年来备受关注的技术。……