一个有效的在线聚合物表征技术用SALS图像处理软件和小波分析gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

介绍了一种有效的在线聚合物表征技术利用小角度光散射(SALS)图像处理软件和小波分析。小角度光散射的现象已经应用给信息透明的结构形态。各种散射光的实时可视化图像和光照强度矩阵是由萨尔的光学图像实时处理软件。该软件可以测量光散射图像的信号强度,绘制frequency-intensity曲线和amplitude-intensity曲线表明散射光的强度的变化在不同的加工条件,和估计参数。当前的研究利用一维小波删除从原始SALS信号和噪声估计变异趋势散射光的强度最大的区域。系统定性分析了透明薄膜的结构信息成功。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

小角度光散射(SALS)技术提供了许多优点为高分子材料的性质和行为的调查。不干扰流场的描述透明薄膜结构的实现是一个重要的一步控制系统在处理过程中,可以调节结构发展。gydF4y2Ba

结合原位双折射和去极化的光散射实验被用来研究有序圆柱微结构的形成在polystyrene-block-polyisoprene共聚物熔体在剪切流场(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。一种新的多变量测量方法(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)的描述和相关的纳米尺度和微尺度形态学crystal-amorphous聚合物混合与melt-phase行为描述。垂直小角度光散射仪器优化检查结构的散射和光传输从0.5到50gydF4y2Ba米,从而生成的尺寸范围特征initial-to-late thermal-phase过渡阶段(例如,melt-phase分离和结晶)crystal-amorphous聚合物混合,是构造。本文探讨了聚的结构变化特征的有效手段(氯乙烯)(PVC)粒子在PVC塑料溶胶凝胶化和融合与小角度的光散射。SALS法被证明提供了一种原位观察肿胀PVC粒子以及定量信息的肿胀粒子的平均尺寸时凝胶和融合的进展。此外,SALS方法启用一个评估相对溶剂增塑剂的力量从相关距离的增加gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

最近,越来越浓的兴趣了解一个非常复杂的过程,它发生在聚合物共混的处理(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。为此,小角度光散射技术是一个非常有效的方法(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。光散射的重要特点之一是,它是一种无损测试。这使得它可以遵循的时间演化相分离过程。散射模式取向的直接反映,形状和大小的结构。另一个优势是,适当的选择工具,可以遵循极快的事件有一个低光学对比(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

最优的机械和光学性质,在亚微米范围内精细结构形态通常期望,细乳液或cocontinuous形态一个组件的低体积分数(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

光散射法是有效的给信息整体结构但很难用形态学提取本地信息。最近,数字图像处理技术已经显示出其效用分析模式形成的聚合物系统(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。小角光散射研究提供了形态学的变化的信息(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。各种光散射和光学技术研究了多相聚合物材料作为表征潜在的候选人(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。号码是一个工具,可以用来研究相分离。表明SALS可以用来区分成核和生长(NG)和亚稳态分解(SD)即使给模式组成的环(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。凝胶模式作为时间的函数分析了聚合物和polymer-carbon纤维复合材料通过偏光显微镜和偏振光散射的聚合物球晶的形成(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。Endoh et al。gydF4y2Ba18gydF4y2Ba)的影响,旨在阐明shear-induced结构(shear-enhanced浓度波动和/或shear-induced相分离),与小角度光散射rheo-optical方法观察到在剪切流(shear-SALS)和shear-microscopy,在粘弹性性质semidilute聚苯乙烯(PS)解决方案为6.0 wt %浓度使用邻苯二甲酸二辛酯(计划)gydF4y2Ba溶剂和磷酸甲苯(TCP)作为一种良好的溶剂。小角度光散射是用来确定二元相互作用参数的线性聚乙烯的熔融混合(简述)(Mw = 52公斤/摩尔,PDI = 2.9)和线性低密度聚乙烯类(lldpe)基于齐次ethylene-1-butene共聚物(LLDPE-1 18.7 mol %丁烷分支,Mw = 58.1公斤/摩尔,LLDPE-2, 5.9 mol %丁烯分支,Mw = 70公斤/摩尔)。我们的结果很重要,因为它们表明,低光学对比共存阶段聚烯烃混合并不限制相边界的决心SALS以前假设。研究了混合展览上临界溶解温度行为(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

定量分析软件系统可以集成到图像存档和通信系统(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。进步的结合电荷耦合装置(CCD)制造、镜头设计、数字接口技术,软件开发使得科学成像设备制造商要克服的挑战创造的各种各样的需求(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。软件套件,其中包括PCI设备驱动程序和图像处理方案,开发基于Windows操作系统(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在我们的研究中,透明薄膜透过交叉偏振器,揭示了光散射模式。高速CCD相机是用来记录实时SALS信号用不同的工艺条件进行后续分析。修改算法提出了消除多次散射的噪音。光学图像实时分析软件开发的精确建模与仿真结构信息的透明薄膜。通过高性能可视化执行分析软件可以在线数据采集和处理SALS信号。实验产生信息的趋势的最大光强的透明薄膜在不同处理条件下可以比较。gydF4y2Ba

小波已经被成功地应用在许多应用程序从分析浮选泡沫台面(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。兰伯特等人旨在发展一个更精确的测量分形维数的物理参数,和大的粒度分布分形聚集的小角光散射。多次散射理论一直特别感兴趣的分形(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。伊斯梅尔等人轮廓小波变换,分层平均计划,可以用来执行空间和拓扑粗粒度的gydF4y2BangydF4y2Ba具有多尺度物理行为的系统,如伊辛晶格和聚合物模型(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。简要介绍了一个利用超声波引导的方法,激光和光纤,和同步时频分析查询的状态材料,组件,或结构。传播超声波质问宿主材料的方式提供一个丰富的信息加上应用Gabor小波变换,宽带色散波形。最近的结果提出了有关分层检测内分层的铜/聚合物电影(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

小波分析(WA)通常是在应用程序适合数据包含大小尺度的变异,如小角度的光信号。我们提出了一种新技术,可用于在线分析透明薄膜的结构信息和材料处理时不干扰。这项技术是基于SALS,光信号实时分析软件,和小波变换方法。结果表明,该技术很容易实现和提供更大的灵活性,近似信号强度之间的关系和相应的变化。将该方法应用于分析结构信息的透明薄膜将极大的兴趣,因为它有助于信息光学繁华已被证明是有用的获取深度洞察透明薄膜的分子和结构参数。在我们的实验中,theSALS denoisedby信号小波分析比诱导的信号去噪gydF4y2Ba的因素。SALS信号的变化趋势变得清晰,和特殊SALS信号可以准确地检测到小波分解(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

本文从测量技术研究的结果。将评估方法的基础上,为小范围的散射光散射测量角度。这些测量用一个快速CCD线扫描相机和适当的光学。试图从这些测量获得的信息。连续小波变换,SALS图像分析方法用于处理SALS信号。当前工作的目的是应用光学图像技术来描述结构的非正式的透明薄膜。特别是,我们尝试在线分析光强度信号。gydF4y2Ba

2。理论背景SALSgydF4y2Ba

当光束通过表面扩散,光束的传播方向的变化不能由几何光学的原理,因为扩散表面散射光束的函数(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

一个透明的液体是一种光学相位对象。在试验装置测量流场的流体流动通过使用散斑干涉法,对象的部分安排光束就像一个主观摄影系统。因此,在一般情况下,散斑位移产生。的散斑位移可以改变空间散斑场的强度分布。因此,散斑干涉图的强度分布也发生了变化。本文的影响强度的变化是详细的分析和讨论。实验结果显示。多次散射效应的消除方法。这有利于提高散斑干涉图的质量(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在我们的实验中,设备执行实时图像分析不断变化的光散射信号。实验设备包含一个氦氖激光发生器、光学、CCD摄像机和个人电脑作为其主要的硬件组件。软件专门为这个应用程序执行实时分析的光散射模式。强度在不同散射和方位角度绘制每一次(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba显示一个小角度光散射测量装置的试验装置。激光通过聚合物熔体在视觉缝死了。偏振器和分析器放置前后聚合物融化。首先通过激光偏振器,删除一个正交分量的光gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。光通过的其他组件的聚合物熔体产生的散射由于分子链的取向。分析器删除第二个组件,因为它是gydF4y2Ba阶段对分析仪。因此,任何光出来的分析器完全是由于聚合物熔体内的散射。通过偏振器的消偏振的光强度,聚合物熔体,分析仪记录和相关的聚合物熔体的取向。CCD摄像机捕获图像,图像的总强度决定每5秒。假设总强度与分子链的取向成正比。gydF4y2Ba

我们假设以下矩阵的每一列代表一个观察到的拉曼光谱的强度选择波变化:gydF4y2Ba

因此,每个光谱是由(gydF4y2Ba米gydF4y2Ba)的光谱强度,总计(gydF4y2BangydF4y2Ba)光谱的存在。色散矩阵gydF4y2Ba(gydF4y2Ba32gydF4y2Ba,代表了数据计算的变化gydF4y2Ba

多次散射图所示的图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。根据样本对入射光的影响,样品可分为表层,第一次散射层,第二个散射层,等等。入射光第一影响着样品的散射层的表面(随机反射)的媒介。第二个来自第一个散射层(因为内部异质性)和第三反过来gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

发病率窝梁角的草图如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。在这里,gydF4y2Ba是入射光的角度,gydF4y2Ba样品的厚度。gydF4y2Ba

因为多个样品的厚度,造成光散射光散射图像将色散和失真模型。变形模型,介绍了修正因素。在一些事实情况下计算机模拟验证。引入校正因子提高了图像的精度和可靠性。gydF4y2Ba

可测量的散射光强度gydF4y2Ba和散射光的实际强度gydF4y2Ba有关系gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba可以写成的修正因素吗gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是散射角,gydF4y2Ba是样品的浊度gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。在一个特定的点,gydF4y2Ba是一个常数。gydF4y2Ba

应该gydF4y2Ba(样品的浊度)是相同的,所以修正因素gydF4y2Ba只有关系吗gydF4y2Ba(透明薄膜的厚度)。gydF4y2Ba

3所示。小波分析多个散射SALS信号gydF4y2Ba

光谱分析和时间序列方法最常用的信号处理技术。然而,据报道这些方法提供一个好的解决方案只有在时域频域和糟糕的解决方案。傅里叶变换(FT),小波变换(WT)可以用来测量信号的频率内容。然而,WT与英国《金融时报》的不同之处在于,它得到的频率信息time-localized时尚(gydF4y2Ba35gydF4y2Ba,gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]。这使得WT比英国《金融时报》更为有效识别基于时间的现象。gydF4y2Ba

给定一个时变信号gydF4y2Ba,但是由内积计算系数的小波的信号和一个家庭。在连续小波变换(CWT),相对应的小波尺度(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)时间和地点(gydF4y2BabgydF4y2Ba)是gydF4y2Ba (在哪里gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)和(gydF4y2BabgydF4y2Ba)是扩张和翻译参数,分别。类定义如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba表示复杂的共轭。摘要Morlet小波函数(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba),这可以表示为gydF4y2Ba

它的类gydF4y2Ba

在(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba),(gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba)可以改变,每个方法产生一个不同类型的WT。小波函数的采样频率和信号(gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba),分别;参数之间的关系gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba是gydF4y2Ba (在哪里gydF4y2Ba)是频率信号能量集中。gydF4y2Ba

当gydF4y2BaWT变得gydF4y2Ba

离散小波变换(DWT)的定义是gydF4y2Ba (在哪里gydF4y2Ba)是一个时间频率的原始信号图gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

多分辨率分析方法用于这项工作,在其中gydF4y2Ba (在哪里gydF4y2Ba)是一个离散尺度函数,(gydF4y2Ba)是一个比例系数。当gydF4y2Ba原始信号的采样版本。DWT计算小波系数gydF4y2Ba为gydF4y2Ba,比例系数gydF4y2Ba是由gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba离散时间信号,gydF4y2Ba离散小波,离散等价物吗gydF4y2Ba被称为扩展序列。gydF4y2Ba

在每一个决议gydF4y2Ba比例系数和小波系数gydF4y2Ba

从数学的角度来看,计算结构在DWT正是一个倍频带滤波器带(gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]。条款(gydF4y2BaggydF4y2Ba)和(gydF4y2BahgydF4y2Ba)是高通和低通滤波器来自分析小波gydF4y2Ba和缩放功能gydF4y2Ba。因此,gydF4y2Ba代表信号的高频分量gydF4y2Ba(gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

4所示。实验对聚合物熔体的流场特性gydF4y2Ba

4.1。试验装置gydF4y2Ba

以下4.4.1。使用透明的液体gydF4y2Ba

结果报道在这项研究中获得了聚苯乙烯(PS)和高密度聚乙烯(HDPE)。他们都是透明的,这是必要的执行可视化实验。因为它们是商业聚合物在高温下融化,他们使研究准工业化条件下执行。gydF4y2Ba

4.1.2。光学gydF4y2Ba

使用一个氦氖激光作为入射光。光学系统由CCD和检偏振器检测到连接到一台电脑。图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba在我们的研究显示了试验装置。gydF4y2Ba

4.2。实验程序gydF4y2Ba

表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba显示了实验条件。我们使用两种材料(PS和HDPE),三种转速(20 rpm、24 rpm和32 rpm),五种振动振幅(0.04毫米、0.08毫米、0.12毫米、0.16毫米、0.20毫米),和五种振动频率(5赫兹,8赫兹10 Hz, 12赫兹,和15赫兹)。在实验中,首先挤出机的螺杆旋转速度恒定。第二,我们改变了振幅和频率的螺丝,分别。同时,CCD摄像机捕获的光散射图像的处理条件。最后,光学图像实时分析软件聚合物熔体的流场特征。gydF4y2Ba

4.3。光学图像实时分析系统gydF4y2Ba

光学图像实时处理软件SALS(见图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),它提供了一个用户友好的界面已经熟悉用户(gydF4y2Ba40gydF4y2Ba),是基于个人PC平台MS Windows操作系统下运行。硬件细节的A / D和数字I / O板连接在电脑主板上施加一些限制,部分确定实时软件结构,特别是性格在处理器的组件。使用Delphi7.0软件开发。gydF4y2Ba

各种散射光的实时可视化图像和光照强度矩阵是由主机应用程序执行的。算法的可视化始于工作参数的选择。下一步是设置参数使用相应的主机应用程序提供的对话框。其中一些参数振动参数(频率、振幅),显示参数(网格大小、显示比例、图像翻译,和旋转角),和其他参数(转速、材料、采样时间)。光强度矩阵可以保存在磁盘上的工作站进行进一步的分析。gydF4y2Ba

该软件可以测量光散射图像的信号强度,绘制frequency-intensity曲线和amplitude-intensity曲线表明散射光的强度的变化在不同的加工条件,和估计水动力参数。系统定性分析了透明薄膜成功的结构信息(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba6(一)gydF4y2Ba显示了一个3 d图像光强的HDPE 24 rpm螺杆转速不振动。图gydF4y2Ba6 (b)gydF4y2Ba显示了HDPE的光强度图像在同一转速与10赫兹的振动频率和振动幅度为0.20毫米。与3 d相比光强图像没有振动,3 d光强度与振动图像具有较强的光强度。说明,增加分子链的取向,因为光强度正比于分子链的取向。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba显示最大强度投影面积的变化趋势随振动频率的增加的PS 20 rpm转速。如图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba随着振动频率的增加,最大强度投影面积变大。这是因为随着振动频率的增加,聚合物的分子取向融化也会增加。因此,光强度变得更强。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba展示了最大强度投影面积之间的关系和振动振幅的HDPE 24 rpm螺杆转速。从图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,很明显,随着振动强度的增加,最大强度投影面积变大。聚合物熔体分子取向的增加也是这种光学现象的主要原因。gydF4y2Ba

4.4。Sals信号分解的小波分析gydF4y2Ba

可以表示为一个信号包括噪声gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba是真正的信号,gydF4y2Ba是噪音,gydF4y2Ba是噪声系数,gydF4y2Ba是信号包括噪声。gydF4y2Ba

中包含的有用的信号是低频的一部分,和噪音是包含在高频的一部分。如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba中,我们使用一维小波分解的原始信号分为三个级别:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba是原始信号,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba水平的近似系数是1、2和3,然后呢gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba水平的细节系数是1、2、3。gydF4y2Ba

4.1.1。在线Sals由小波变换的信号去噪gydF4y2Ba

小波去噪的性能与诱导gydF4y2Ba校正因子。图gydF4y2Ba10 ()gydF4y2Ba是正常SALS强度信号。图gydF4y2Ba10 (b)gydF4y2BaSALS信号与多个散射噪声。图gydF4y2Ba10 (c)gydF4y2Ba显示了SALS信号去噪gydF4y2Ba的因素。被小波去噪后“sym6”,多次散射噪声消除和信号(见图gydF4y2Ba10 (e)gydF4y2Ba)变得更加平滑。从数据gydF4y2Ba10 (d)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba10 (f)gydF4y2Ba小波分解的残差小于诱导的残差gydF4y2Ba的因素。小波方法是比这更成功地消除多次散射噪声诱导gydF4y2Ba校正因子。gydF4y2Ba

10/24/11。在线小波分析Sals信号的变化趋势gydF4y2Ba

小波变换的方法可以减少歧义和准确地分析SALS信号的变化趋势。如图gydF4y2Ba(11日)gydF4y2Ba原始强度信号的变化趋势(gydF4y2Ba)还不清楚。后multirevolution分析小波“sym6”,强度的变化趋势如图就是显而易见的gydF4y2Ba11 (f)gydF4y2Ba。如数据所示gydF4y2Ba11 (b)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba11 (f)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba是小波的近似系数1 - 5水平。说明,增加分子链的取向,因为光强度正比于分子链的取向。gydF4y2Ba

4.4.3。在线异常Sals信号检测的小波分析gydF4y2Ba

小波变换用于去除原SALS信号和诊断异常信号。图gydF4y2Ba12(一个)gydF4y2Ba显示了原始异常最大强度信号。图gydF4y2Ba12 (b)gydF4y2Ba是6级的近似系数。数据gydF4y2Ba12 (c)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba12 (h)gydF4y2Ba的细节系数1 - 6的水平。可以将这些系数特性参数的内部结构信息透明薄膜进行进一步分析。如图gydF4y2Ba12 (h)gydF4y2Ba,异常信号发生在500 - 1000秒。结果表明,这种技术提供了一种新的诊断工具异常SALS信号。gydF4y2Ba

5。结论gydF4y2Ba

我们提出了一种新技术,可以用来描述结构信息的透明薄膜在线和不干扰而材料处理与不同的条件。这项技术是基于光学SALS图像实时分析软件和小波分析。通过高性能可视化执行分析软件,允许实时数据采集和处理SALS信号。gydF4y2Ba

结果表明,该技术很容易实现,并提供更大的灵活性近似最大强度信号之间的非线性关系和相应的振动强度(频率或幅度)。将该方法应用于描述聚合物熔体的流场将是极大的兴趣,因为它有助于信息光学繁华已被证明是有用的获得深入的分子和聚合物的结构参数。在我们的实验中随着振动强度的增加,光强度矩阵变得更强壮,最大强度投影面积变大。因为光强度正比于分子链取向,说明,增加分子链的取向。gydF4y2Ba

总之,该技术被认为是重要的,并承诺网上描述的结构信息透明薄膜的多次散射机制。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者承认的支持华南师范大学和华南理工大学。这项工作是由广东省自然科学基金2008年免费应用:网络网格计算任务调度和资源动态管理研究基于P2P的策略,在项目没有。8151063101000040。gydF4y2Ba

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