中文摘要：

对风沙流的准确测量是正确认识风沙运动的关键。目前基于电磁波散射对风沙流中沙粒速度、大小等进行测量的激光多普勒测速仪（LDA）、相多普勒测速仪（PDA）、粒子图像测速仪（PIV）等，均没有考虑沙粒带电和高速旋转对电磁波散射的影响，因而对由此可能导致的测量误差尚不清楚。本项目基于Mie散射理论计算了不同频率电磁波通过带电沙尘颗粒的散射场、衰减系数和雷达散射截面，结果表明对于低频（尤其低于45GHz）的电磁波，沙粒带电不仅影响电磁波的相位还影响电磁波的强度，带电量越大其影响越明显；对于高频电磁波尤其是光频电磁波带电只影响电磁波的相位几乎不影响电磁波的强度。给出了PDA测量带电沙尘粒子粒径的基本原理以及由于沙尘粒子带电引起PDA测量粒径误差的方法；给出了不规则沙粒由于旋转导致的PIV测速误差公式以及减小PIV测速误差的方法；测量了风沙流中沙粒旋转角速度以及玻璃球局部带电对激光散射的影响。对使用于风沙系统测量中的光学仪器，沙粒带电只对借助于相位测量的仪器如PDA、LDA等的测量结果有影响，对借助于光强测量的仪器如PIV、激光雷达等的测量结果没有影响；沙粒旋转对PIV测速结果影响较小。