基于Arduino平台的光散射式沙尘颗粒物浓度测量系统设计及应用

摘要

近年来沙尘暴天气发生的频率虽有所降低，但土地沙化仍呈现不断增加的趋势。同时，由于城市化进程的不断推进，土地荒漠化造成的沙尘和城市污染造成的雾霾等气溶胶现象在很多方面相互影响，甚至形成恶性循环。如何高效、实时、精确地监测沙尘环境中颗粒物浓度，成为目前环境大气领域研究的一项重要课题。鉴于相关仪器的价格、性能等问题，本论文基于夏普生产的GP2Y1010AU0F传感器开发了一款新型沙尘气溶胶浓度测量系统。该仪器制作成本较低、测量精度良好，可用于土壤风蚀、气溶胶浓度测量等研究。
　　首先，本文介绍了现有颗粒物浓度测量技术及其基本原理，并对其进行比较，由此说明基于光散射原理的非接触式颗粒浓度测量技术的诸多优点;然后给出了基于光散射原理进行气溶胶浓度测量的物理原理，推导了球形粒子电磁散射问题的Mie散射基本解，进而得到颗粒系统中群体散射光强度与个体散射光强度之间的关系;最后重点介绍了所设计测量系统的软硬件结构设计，以及对系统的校正、验证和仪器相关实验结果的分析，并将其应用在不同环境中颗粒物的测量，得到较好的结果，对后续系统改善方法及应用领域进行展望。
　　本文的相关研究工作，对于后续在风沙物理学中的风蚀量的测量、沙尘及雾霾等气溶胶颗粒浓度测量的研究具有一定的意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文研究内容

第二章 颗粒物浓度的测量技术综述

2．1 取样法

2．2 非取样法

2．3 本章小结

第三章 光散射式沙尘颗粒物浓度测量原理

3．1 球形颗粒光散射特性

3．2 Mie理论基本解

3．3 本章小结

第四章 沙尘颗粒物浓度测量系统的总体设计

4．1 硬件电路设计

4．2 软件设计与流程

4．3 导线误差分析

4．4 本章小结

第五章 系统数据测量标定及误差分析

5．1 系统参数标定

5．2 室内外环境下颗粒物浓度数据分析

5．3 扬沙天气下颗粒物浓度数据分析

5．4 模拟沙漠环境中颗粒物浓度数据分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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