一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法和系统转让专利
申请号 : CN202310531394.2
文献号 : CN116297296B
文献日 : 2023-08-22
发明人 : 顾有林 , 陈国龙 , 胡以华 , 方佳节 , 孟凡昊 , 丁婉莹 , 何海浩 , 张熙
申请人 : 中国人民解放军国防科技大学
摘要 :
本发明给出了一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法和系统，属于生物消光材料技术领域，包括：对非球形生物粒子材料进行红外光谱反射率测试，以确定非球形生物粒子材料的复折射率；获取非球形生物粒子材料的扫描电子显微镜图像，以确定非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；对非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；获取凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在凝聚体模型中的空间位置；计算凝聚体模型的消光性能参数。本发明能够更准确地计算非球形生物粒子材料的消光性能参数。
权利要求 :
1.一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法，其特征在于，所述消光性能参数确定方法包括如下步骤：步骤S1、对非球形生物粒子材料进行红外光谱反射率测试，以确定所述非球形生物粒子材料的复折射率；
步骤S2、获取所述非球形生物粒子材料的扫描电子显微镜图像，以确定所述非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；
步骤S3、根据所述每种形态粒子对应的形态参数和粒子数，调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；
步骤S4、对所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；
在所述步骤S4中，所述凝聚的具体过程包括：
步骤S41、获取所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子的空间最大尺度，以计算所述非球形生物粒子的凝聚空间；
步骤S42、从所述非球形生物粒子集中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的中心位置后作为初始凝聚体；
步骤S43、从所述非球形生物粒子集中其余的非球形生物粒子中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的随机位置后依次进行随机旋转和随机运动，直至与所述初始凝聚体接触相切，形成新凝聚体；
步骤S44、判断所述非球形生物粒子集中每个非球形生物粒子是否已释放，如是，则将所述新凝聚体作为所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型，结束；如否，则将所述新凝聚体作为所述初始凝聚体，返回步骤S43；
步骤S5、获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置；
步骤S6、根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置和非球形生物粒子材料的复折射率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
2.根据权利要求1所述的消光性能参数确定方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述确定所述非球形生物粒子材料的复折射率的具体过程包括：步骤S11、对所述非球形生物粒子材料进行压片处理，得到所述非球形生物粒子材料的压片；
步骤S12、对所述非球形生物粒子材料的压片进行傅里叶变换红外光谱测试，得到所述非球形生物粒子材料的反射光谱；
步骤S13、根据所述非球形生物粒子材料的反射光谱，采用Kramers‑Kronig关系式，计算所述非球形生物粒子材料的复折射率。
3.根据权利要求2所述的消光性能参数确定方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率的具体过程包括：步骤S51、计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径；
步骤S52、获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型中各个非球形生物粒子的中心位置坐标，以计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径；
步骤S53、根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径和回旋半径，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率。
4.根据权利要求3所述的消光性能参数确定方法，其特征在于，所述步骤S6的具体实现过程包括：步骤S61、根据所述非球形生物粒子材料的复折射率和非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效复折射率；
步骤S62、根据所述各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置，将所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型转换成周期排列的偶极子点阵；
步骤S63、根据所述偶极子点阵、等效复折射率和等效半径，采用离散偶极子近似方法，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
5.一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定系统，其特征在于，所述消光性能参数确定系统包括：测试模块，用于对非球形生物粒子材料进行红外光谱反射率测试，以确定所述非球形生物粒子材料的复折射率；
第一获取模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的扫描电子显微镜图像，以确定所述非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；
调用模块，用于根据所述每种形态粒子对应的形态参数和粒子数，调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；
凝聚模块，用于对所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；所述凝聚模块包括：凝聚空间计算子模块，用于获取所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子的空间最大尺度，以计算所述非球形生物粒子的凝聚空间；
第一释放子模块，用于从所述非球形生物粒子集中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述非球形生物粒子凝聚空间的中心位置后作为初始凝聚体；
第二释放子模块，用于从所述非球形生物粒子集中其余的非球形生物粒子中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的随机位置后依次进行随机旋转和随机运动，直至与所述初始凝聚体接触相切，形成新凝聚体；
判断子模块，用于判断所述非球形生物粒子集中每个非球形生物粒子是否已释放，如是，则将所述新凝聚体作为所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；如否，则将所述新凝聚体作为所述初始凝聚体传输给第二释放子模块；
第二获取模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置；
计算模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置和非球形生物粒子材料的复折射率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
6.根据权利要求5所述的消光性能参数确定系统，其特征在于，所述测试模块包括：压片处理子模块，用于对所述非球形生物粒子材料进行压片处理，得到所述非球形生物粒子材料的压片；
红外光谱测试子模块，用于对所述非球形生物粒子材料的压片进行傅里叶变换红外光谱测试，得到所述非球形生物粒子材料的反射光谱；
复折射率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的反射光谱，采用Kramers‑Kronig关系式，计算所述非球形生物粒子材料的复折射率。
7.根据权利要求6所述的消光性能参数确定系统，其特征在于，所述第二获取模块包括：等效半径计算子模块，用于计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径；
回旋半径计算子模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型中各个非球形生物粒子的中心位置坐标，以计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径；
孔隙率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径和回旋半径，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率。
8.根据权利要求7所述的消光性能参数确定系统，其特征在于，所述计算模块包括：等效复折射率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的复折射率和非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效复折射率；
转换子模块，用于根据所述各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置，将所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型转换成周期排列的偶极子点阵；
消光性能参数计算子模块，用于根据所述偶极子点阵、等效复折射率和等效半径，采用离散偶极子近似方法，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
说明书 :
一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法和系统
技术领域
[0001] 本发明属于生物消光材料技术领域，尤其涉及一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法和系统。
背景技术
[0002] 生物消光材料一般由人工制备的生物粒子组成，生物消光材料由人工释放后，可用于削弱光学成像探测设备成像质量和系统工作性能，其消光性能参数的准确计算有助于强消光材料的筛选和可控制备。生物消光材料所含粒子形状因生物体本身特性及制备环境条件的不同而不同，一般具有球形、椭球形、圆柱形等相对规则的形状及南瓜状、血红细胞状等不规则形态，总体上以尺寸大小各异的非球形形态为主。而对于非球形生物粒子材料通常包含不同尺寸（多分散）、不同非球形形状的生物粒子，而在实际使用过程中，非球形生物粒子材料在释放到空气中，以包含不同数目、不同非球形形状的多分散的混合凝聚体的形态而存在，其空间结构复杂，导致其凝聚体的消光特性难以计算，不能准确确定非球形生物粒子材料消光性能参数。
[0003] 目前，在计算凝聚体消光特性时通常将其粒子等效为理想的标准球形粒子，通过团簇‑团簇凝聚（Cluster‑Cluster Aggregation，CCA）模型和弹道粒子‑团簇凝聚（Ballistic Particle‑Cluster Aggregation，简称BPCA）模型，对其凝聚过程及凝聚体空间结构进行仿真，在得到其材料复折射率的情况下，采用离散偶极子近似（Discrete Dipole Approximation, DDA）方法，计算其消光特性参数。但对于部分非球形生物粒子材料来说，其消光性能与其非球形形态具有一定的关系，计算其消光特性参数时，不能忽略其粒子形态差异对凝聚体空间结构的影响，否则将使得非球形生物粒子材料的消光性能参数计算不够准确。
[0004] 但对于非球形生物粒子材料来说，以上凝聚模型无法准确模拟构建实际存在的多分散的不同形状混合的凝聚体，其中CCA模型受网格影响，每个粒子的中心只能在网格点上，两个相邻粒子的位置关系只有前后左右上下六个垂直的方向，难以准确地表现出粒子间的实际位置关系和粒子凝聚过程中的随机取向运动模拟。BPCA模型无法有效实现非球形生物粒子的碰撞接触检测而不能直接用于非球形生物粒子的凝聚体的构建。需要采用一种更为合理可行的方法，构建非球形生物粒子凝聚模型，从而可以对凝聚体空间结构进行仿真，准确计算非球形生物粒子材料消光性能参数。
发明内容
[0005] 本发明的目的之一，在于提供一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法，该消光性能参数确定方法更能够准确地计算非球形生物粒子材料的消光性能参数。
[0006] 本发明的目的之二，在于提供一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定系统。
[0007] 为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：
[0008] 一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法，所述消光性能参数确定方法包括如下步骤：
[0009] 步骤S1、对非球形生物粒子材料进行红外光谱反射率测试，以确定所述非球形生物粒子材料的复折射率；
[0010] 步骤S2、获取所述非球形生物粒子材料的扫描电子显微镜图像，以确定所述非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；
[0011] 步骤S3、根据所述每种形态粒子对应的形态参数和粒子数，调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；
[0012] 步骤S4、对所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；
[0013] 步骤S5、获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置；
[0014] 步骤S6、根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置和非球形生物粒子材料的复折射率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0015] 进一步的，在所述步骤S1中，所述确定所述非球形生物粒子材料的复折射率的具体过程包括：
[0016] 步骤S11、对所述非球形生物粒子材料进行压片处理，得到所述非球形生物粒子材料的压片；
[0017] 步骤S12、对所述非球形生物粒子材料的压片进行傅里叶变换红外光谱测试，得到所述非球形生物粒子材料的反射光谱；
[0018] 步骤S13、根据所述非球形生物粒子材料的反射光谱，采用Kramers‑Kronig关系式，计算所述非球形生物粒子材料的复折射率。
[0019] 进一步的，在所述步骤S4中，所述凝聚的具体过程包括：
[0020] 步骤S41、获取所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子的空间最大尺度，以计算所述非球形生物粒子的凝聚空间；
[0021] 步骤S42、从所述非球形生物粒子集中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的中心位置后作为初始凝聚体；
[0022] 步骤S43、从所述非球形生物粒子集中其余的非球形生物粒子中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的随机位置后依次进行随机旋转和随机运动，直至与所述初始凝聚体接触相切，形成新凝聚体；
[0023] 步骤S44、判断所述非球形生物粒子集中每个非球形生物粒子是否已释放，如是，则将所述新凝聚体作为所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型，结束；如否，则将所述新凝聚体作为所述初始凝聚体，返回步骤S43。
[0024] 进一步的，在所述步骤S5中，所述获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率的具体过程包括：
[0025] 步骤S51、计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径；
[0026] 步骤S52、获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型中各个非球形生物粒子的中心位置坐标，以计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径；
[0027] 步骤S53、根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径和回旋半径，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率。
[0028] 进一步的，所述步骤S6的具体实现过程包括：
[0029] 步骤S61、根据所述非球形生物粒子材料的复折射率和非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效复折射率；
[0030] 步骤S62、根据所述各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置，将所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型转换成周期排列的偶极子点阵；
[0031] 步骤S63、根据所述偶极子点阵、等效复折射率和等效半径，采用离散偶极子近似方法，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0032] 为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：
[0033] 一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定系统，所述消光性能参数确定系统包括：
[0034] 测试模块，用于对非球形生物粒子材料进行红外光谱反射率测试，以确定所述非球形生物粒子材料的复折射率；
[0035] 第一获取模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的扫描电子显微镜图像，以确定所述非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；
[0036] 调用模块，用于根据所述每种形态粒子对应的形态参数和粒子数，调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；
[0037] 凝聚模块，用于对所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；
[0038] 第二获取模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置；
[0039] 计算模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置和非球形生物粒子材料的复折射率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0040] 进一步的，所述测试模块包括：
[0041] 压片处理子模块，用于对所述非球形生物粒子材料进行压片处理，得到所述非球形生物粒子材料的压片；
[0042] 红外光谱测试子模块，用于对所述非球形生物粒子材料的压片进行傅里叶变换红外光谱测试，得到所述非球形生物粒子材料的反射光谱；
[0043] 复折射率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的反射光谱，采用Kramers‑Kronig关系式，计算所述非球形生物粒子材料的复折射率。
[0044] 进一步的，所述凝聚模块包括：
[0045] 凝聚空间计算子模块，用于获取所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子的空间最大尺度，以计算所述非球形生物粒子的凝聚空间；
[0046] 第一释放子模块，用于从所述非球形生物粒子集中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述非球形生物粒子凝聚空间的中心位置后作为初始凝聚体；
[0047] 第二释放子模块，用于从所述非球形生物粒子集中其余的非球形生物粒子中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的随机位置后依次进行随机旋转和随机运动，直至与所述初始凝聚体接触相切，形成新凝聚体；
[0048] 判断子模块，用于判断所述非球形生物粒子集中每个非球形生物粒子是否已释放，如是，则将所述新凝聚体作为所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；如否，则将所述新凝聚体作为所述初始凝聚体传输给第二释放子模块。
[0049] 进一步的，所述第二获取模块包括：
[0050] 等效半径计算子模块，用于计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径；
[0051] 回旋半径计算子模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型中各个非球形生物粒子的中心位置坐标，以计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径；
[0052] 孔隙率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径和回旋半径，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率。
[0053] 进一步的，所述计算模块包括：
[0054] 等效复折射率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的复折射率和非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效复折射率；
[0055] 转换子模块，用于根据所述各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置，将所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型转换成周期排列的偶极子点阵；
[0056] 消光性能参数计算子模块，用于根据所述偶极子点阵、等效复折射率和等效半径，采用离散偶极子近似方法，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0057] 综上，本发明提出的方案具备如下技术效果：
[0058] 本发明通过红外光谱反射率测试，以确定非球形生物粒子材料的复折射率；通过获取非球形生物粒子材料的SEM图像，以确定非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；通过调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；通过对非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定非球形生物粒子材料的凝聚体模型；通过非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在凝聚体模型中的空间位置和非球形生物粒子材料的复折射率，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数，更真实反映了非球形生物粒子材料的粒子的非球形形状特点及粒径分布，保证了非球形生物粒子材料的消光性能参数准确性。
附图说明
[0059] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0060] 图1为本发明的非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法流程示意图。
具体实施方式
[0061] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062] 本实施例给出了一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定方法，参考图1，该消光性能参数确定方法包括如下步骤：
[0063] S1、对非球形生物粒子材料进行红外光谱反射率测试，以确定所述非球形生物粒子材料的复折射率。
[0064] 本实施例将非球形生物粒子材料使用红外压片机进行压片处理, 使用Thermo Scientific Nicolet 8700傅里叶变换红外光谱仪，测量非球形生物粒子材料压片在2.5~‑1
25μm波长范围内的反射光谱。分辨率设置为0.5cm ，扫描次数设置为32次，得到反射率的平均值作为非球形生物粒子材料的反射光谱。通过Kramers‑Kronig关系计算其复折射率。
25μm波长范围内的反射光谱。分辨率设置为0.5cm ，扫描次数设置为32次，得到反射率的平均值作为非球形生物粒子材料的反射光谱。通过Kramers‑Kronig关系计算其复折射率。
[0065] 对于垂直入射的电磁波，计算非球形生物粒子材料的反射相移：；
[0066] 其中， 为非球形生物粒子材料的反射相移；a和b分别为测试仪器的工作波段的下限值和上限值。
[0067] 设非球形生物粒子材料的复折射率为 ， ，则复折射率实部和虚部 分别为： ； 。
[0068] 综上，本实施例中的确定所述非球形生物粒子材料的复折射率的具体过程包括：
[0069] 步骤S11、对所述非球形生物粒子材料进行压片处理，得到所述非球形生物粒子材料的压片；
[0070] 步骤S12、对所述非球形生物粒子材料的压片进行傅里叶变换红外光谱测试，得到所述非球形生物粒子材料的反射光谱；
[0071] 步骤S13、根据所述非球形生物粒子材料的反射光谱，采用Kramers‑Kronig关系式，计算所述非球形生物粒子材料的复折射率。
[0072] S2、获取所述非球形生物粒子材料的扫描电子显微镜图像，以确定所述非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数。
[0073] 本实施例中的粒子形态包括椭球形、圆柱形、杆状形和南瓜状。非球形生物粒子集中非球形生物粒子的数目为各种形态粒子对应的粒子数的和。
[0074] 本实施例首先制备非球形生物粒子材料，然后使用扫描电镜测试，得到非球形生物粒子的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)图像。根据非球形生物粒子的扫描电子显微镜图像，确定非球形生物粒子的形态参数，如形状、尺寸分布等参数。
[0075] S3、根据所述每种形态粒子对应的形态参数和粒子数，调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集。
[0076] S4、对所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型。
[0077] 本实施例中的凝聚的具体过程包括：
[0078] 步骤S41、获取所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子的空间最大尺度，以计算所述非球形生物粒子的凝聚空间；
[0079] 步骤S42、从所述非球形生物粒子集中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的中心位置后作为初始凝聚体；
[0080] 步骤S43、从所述非球形生物粒子集中其余的非球形生物粒子中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的随机位置后依次进行随机旋转和随机运动，直至与所述初始凝聚体接触相切，形成新凝聚体；
[0081] 步骤S44、判断所述非球形生物粒子集中每个非球形生物粒子是否已释放，如是，则将所述新凝聚体作为所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型，结束；如否，则将所述新凝聚体作为所述初始凝聚体，返回步骤S43。
[0082] S5、获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置。
[0083] 本实施例中，获取非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率的具体过程包括：
[0084] 步骤S51、计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径。
[0085] 本实施例的非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径为：
[0086] ；
[0087] 其中， 为非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径； 为非球形生物粒子材料的凝聚体模型中第i个非球形生物粒子的体积，i=1，2，…，N，N为非球形生物粒子材料的凝聚体模型中非球形生物粒子数。
[0088] 步骤S52、获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型中各个非球形生物粒子的中心位置坐标，以计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径。
[0089] 本实施例的非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径为：
[0090] ；
[0091] 其中， 为非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径； 和 分别为非球形生物粒子材料的凝聚体模型第i个非球形生物粒子和第j个非球形生物粒子的中心位置坐标，i=1，2，…，N，j=1，2，…，N，i=j，N为非球形生物粒子材料的凝聚体模型中非球形生物粒子数。
[0092] 步骤S53、根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径和回旋半径，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率。
[0093] 本实施例的非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率为：；
[0094] 其中，T为非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率。
[0095] S6、根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置和非球形生物粒子材料的复折射率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0096] 本实施例的非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数包括等效复折射率、散射截面、吸收截面、消光截面、消光效率因子和质量消光系数。
[0097] 本实施例的非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效复折射率为：；其中， 为非球形生物粒子材料的凝聚体模型
的等效复折射率。
的等效复折射率。
[0098] 本步骤的具体实现过程包括：
[0099] 步骤S61、根据所述非球形生物粒子材料的复折射率和非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效复折射率；
[0100] 步骤S62、根据所述各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置，将所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型转换成周期排列的偶极子点阵；
[0101] 步骤S63、根据所述偶极子点阵、等效复折射率和等效半径，采用离散偶极子近似（Discrete Dipole Approximation，DDA）方法，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0102] 下面以具体实施例说明的技术方案：实施例1
[0103] 1、制备NP2301非球形生物粒子材料，使用扫描电镜测试，得到NP2301非球形生物粒子材料的SEM图像。
[0104] 2、根据SEM图像，将NP2301非球形生物粒子材料的粒子形态包括圆柱形（长径比为1:2）和南瓜状两种，其中各占50%，粒子尺寸均匀分布在2微米至3微米的之间。设置粒子数目N为40，运行非球形生物粒子凝聚模型程序100次，得到NP2301生物材料的凝聚体模型。
[0105] 3、使用Thermo Scientific Nicolet 8700傅里叶变换红外光谱仪，测量样品材料‑1压片在2.5 25μm波段的反射光谱。分辨率设置为0.5cm ，扫描次数设置为32次，得到反射率~
的平均值作为NP2301非球形生物粒子材料的反射光谱。并采用常数外推0 2.5μm及25μm到~
1000μm波长范围的反射率，即R(0 2.5μm)=R(2.5μm)，R(25 1000μm)=R(25μm)。通过K‑K关系~ ~
计算其复折射率。
的平均值作为NP2301非球形生物粒子材料的反射光谱。并采用常数外推0 2.5μm及25μm到~
1000μm波长范围的反射率，即R(0 2.5μm)=R(2.5μm)，R(25 1000μm)=R(25μm)。通过K‑K关系~ ~
计算其复折射率。
[0106] 4、结合复折射率利用DDA方法，计算8 14微米远红外波段非球形生物粒子材料的~3
凝聚体的消光效率因子，并按照非球形生物粒子材料NP2301密度ρ=0.91500g/cm ，得到非球形生物粒子材料NP2301的质量消光系数。
凝聚体的消光效率因子，并按照非球形生物粒子材料NP2301密度ρ=0.91500g/cm ，得到非球形生物粒子材料NP2301的质量消光系数。
[0107] 在8 14微米波段，非球形生物粒子材料NP2301的凝聚体模型的消光效率因子在波~2
长为9.683微米处为最大值为2.871，对应质量消光系数为0.590m /g，消光性能优良。
长为9.683微米处为最大值为2.871，对应质量消光系数为0.590m /g，消光性能优良。
[0108] 将上述非球形生物粒子材料采取球形粒子近似，采取BPCA凝聚模型运行100次得到的消光效率因子及质量消光系数，进行对比验证。
[0109] 采取等效为球形粒子，计算质量消光系数时与采取非球形粒子形态进行质量消光系数的计算结果的数值偏差较大，为5.874% 12.507%。采取非球形粒子形态进行质量消光~系数的计算，能够充分考虑NP2301非球形生物粒子材料的非球形粒子形态和粒径分布，对NP2301非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光特性的影响，使得NP2301非球形生物粒子材料的消光特性参数的获取更为准确。
实施例2
实施例2
[0110] 1、制备AO0220非球形生物粒子材料，使用扫描电镜测试，得到AO0220非球形生物粒子材料的SEM图像。
[0111] 2、根据SEM图像，将AO0220非球形生物粒子材料的粒子形态包括圆柱形（长径比为2:1）、椭球形（长短轴比为1.5:1）和杆状形（长径比为3:1），各占50%、20%、30%，粒子尺寸均匀分布在2微米至3微米的之间。设置粒子数目N为40，运行非球形生物粒子凝聚模型程序
100次，得到AO0220生物材料的凝聚体模型。
100次，得到AO0220生物材料的凝聚体模型。
[0112] 3、使用Thermo Scientific Nicolet 8700傅里叶变换红外光谱仪，测量样品材料‑1压片在2.5 25μm波段的反射光谱。分辨率设置为0.5cm ，扫描次数设置为32次，得到反射率~
的平均值作为AO0220非球形生物粒子材料的反射光谱。并采用常数外推0 2.5μm及25μm到~
1000μm波长范围的反射率，即R(0 2.5μm)=R(2.5μm)，R(25 1000μm)=R(25μm)。通过K‑K关系~ ~
计算其复折射率。
的平均值作为AO0220非球形生物粒子材料的反射光谱。并采用常数外推0 2.5μm及25μm到~
1000μm波长范围的反射率，即R(0 2.5μm)=R(2.5μm)，R(25 1000μm)=R(25μm)。通过K‑K关系~ ~
计算其复折射率。
[0113] 4、结合复折射率利用DDA方法，计算8 14微米远红外波段非球形生物粒子材料的~3
凝聚体的消光效率因子，并按照非球形生物粒子材料AO0220密度ρ=0.875g/cm ，得到非球形生物粒子材料AO0220的质量消光系数。
凝聚体的消光效率因子，并按照非球形生物粒子材料AO0220密度ρ=0.875g/cm ，得到非球形生物粒子材料AO0220的质量消光系数。
[0114] 在8 14微米波段，非球形生物粒子材料AO0220的凝聚体模型的消光效率因子在波~ 2长为9.729微米处为最大值为3.040，对应质量消光系数为0.600m /g，消光性能优良。
[0115] 将上述非球形生物粒子材料采取球形粒子近似，采取BPCA凝聚模型运行100次得到的消光效率因子及质量消光系数，进行对比验证。
[0116] 由于非球形生物粒子材料AO0220粒子形态与球形粒子偏差较大，采取等效为球形粒子，计算质量消光系数时，与采取非球形粒子形态进行质量消光系数的计算结果的数值偏差较大，为15.635% 21.548%。进行非球形生物粒子材料消光特性参数计算时，当非球形~粒子形态与球形粒子差别较大时，应充分考虑部分粒子的非球形形态时，采取非球形粒子形态混合凝聚的凝聚体构建方法，能够更好地进行非球形生物粒子材料的消光特性参数的计算，使计算结果更加准确。
[0117] 本实施例通过红外光谱反射率测试，以确定非球形生物粒子材料的复折射率；通过获取非球形生物粒子材料的SEM图像，以确定非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；通过调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；通过对非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定非球形生物粒子材料的凝聚体模型；通过非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率和复折射率，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数，更真实反映了非球形生物粒子材料的粒子的非球形形态和粒径分布，保证了非球形生物粒子材料的消光性能参数准确性。
[0118] 上述实施例可采用如下实施例给出的技术方案实现：
[0119] 一种非球形生物粒子材料的消光性能参数确定系统，该消光性能参数确定系统包括：
[0120] 测试模块，用于对非球形生物粒子材料进行红外光谱反射率测试，以确定所述非球形生物粒子材料的复折射率；
[0121] 第一获取模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的扫描电子显微镜图像，以确定所述非球形生物粒子材料的各种形态粒子以及每种形态粒子对应的形态参数和粒子数；
[0122] 调用模块，用于根据所述每种形态粒子对应的形态参数和粒子数，调用粒子生成函数，以生成非球形生物粒子集；
[0123] 凝聚模块，用于对所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子进行凝聚，以确定所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；
[0124] 第二获取模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置；
[0125] 计算模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径、孔隙率以及各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置和非球形生物粒子材料的复折射率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0126] 进一步的，所述测试模块包括：
[0127] 压片处理子模块，用于对所述非球形生物粒子材料进行压片处理，得到所述非球形生物粒子材料的压片；
[0128] 红外光谱测试子模块，用于对所述非球形生物粒子材料的压片进行傅里叶变换红外光谱测试，得到所述非球形生物粒子材料的反射光谱；
[0129] 复折射率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的反射光谱，采用Kramers‑Kronig关系式，计算所述非球形生物粒子材料的复折射率。
[0130] 进一步的，所述凝聚模块包括：
[0131] 凝聚空间计算子模块，用于获取所述非球形生物粒子集中各个非球形生物粒子的空间最大尺度，以计算所述非球形生物粒子的凝聚空间；
[0132] 第一释放子模块，用于从所述非球形生物粒子集中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述非球形生物粒子凝聚空间的中心位置后作为初始凝聚体；
[0133] 第二释放子模块，用于从所述非球形生物粒子集中其余的非球形生物粒子中选取一个非球形生物粒子，并释放到所述凝聚空间的随机位置后依次进行随机旋转和随机运动，直至与所述初始凝聚体接触相切，形成新凝聚体；
[0134] 判断子模块，用于判断所述非球形生物粒子集中每个非球形生物粒子是否已释放，如是，则将所述新凝聚体作为所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型；如否，则将所述新凝聚体作为所述初始凝聚体传输给第二释放子模块。
[0135] 进一步的，所述第二获取模块包括：
[0136] 等效半径计算子模块，用于计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径；
[0137] 回旋半径计算子模块，用于获取所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型中各个非球形生物粒子的中心位置坐标，以计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的回旋半径；
[0138] 孔隙率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效半径和回旋半径，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率。
[0139] 进一步的，所述计算模块包括：
[0140] 等效复折射率计算子模块，用于根据所述非球形生物粒子材料的复折射率和非球形生物粒子材料的凝聚体模型的孔隙率，计算所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型的等效复折射率；
[0141] 转换子模块，用于根据所述各个非球形生物粒子在所述凝聚体模型中的空间位置，将所述非球形生物粒子材料的凝聚体模型转换成周期排列的偶极子点阵；
[0142] 消光性能参数计算子模块，用于根据所述偶极子点阵、等效复折射率和等效半径，采用离散偶极子近似方法，计算非球形生物粒子材料的凝聚体模型的消光性能参数。
[0143] 上述实施例所涉及的原理、公式及其参数定义均可适用，这里不再一一赘述。
[0144] 请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。