基于植物电位耦合共振的空气负离子倍增效应及应用

摘要

随着全球工业化，城市化和现代化的快速发展，空气污染越来越严重，空气污染（特别是室内空气污染）的修复和治理成为整个社会关注的热点问题之一。由于近年来的研究表明，空气负离子（negativeairions，NAI）具有消除空气中各种有害物质，净化空气的作用，被称为“长寿素”和“空气维生素”。因此，NAI浓度的大小成为衡量空气质量好坏的标志之一，如何有效提高空气中NAI浓度成为许多学科共同关心的课题。本论文在综合分析有关NAI研究的现状与进展的基础上，提出了根据植物电信号的特征，通过外加脉冲电场与植物自身电位耦合共振，大幅度提高植物NAI产生能力的思路。为此，本文在对主要室内观赏植物芦荟和吊兰电信号的基本特性进行分析研究的基础上，根据植物电信号的特性，设计了基于芦荟和吊兰电信号的低频负高压脉冲发生器，通过低频脉冲发生器对芦荟和吊兰的刺激作用，得到了NAI倍增效应，使空气质量明显提高，为空气污染的修复和治理提供了一种物理新方法。本文的主要研究内容和结果有:
　　(1)利用小波软阈值法对采集到的芦荟和吊兰电信号进行降噪处理，得到理想的电信号。研究发现两种植物电信号的幅值处于μV级，频率分布在1Hz以内，是一种微弱低频的随机信号。通过功率谱分析得出，12℃～35℃范围内芦荟本征电位波动的SEF分布在0.2Hz～2.0Hz之间，SGF在0.2Hz～0.8Hz之间。
　　(2)根据植物电位波动与外加电场耦合共振原理，设计了峰值电压在6kV～20kV范围内连续可调、输出频率在0.1Hz～15Hz的极低频负高压脉冲发生器，用该低频负高压脉冲发生器刺激盆栽芦荟和吊兰的根际土壤，使芦荟和吊兰周围的NAI浓度大幅度提高。
　　(3)在低频脉冲发生器的作用下，芦荟和吊兰周围的NAI浓度随着距离的增加呈现指数衰减规律，空气正离子浓度变化不明显。通过对几种空气质量评价指标的计算分析表明，利用负高压脉冲电场刺激芦荟和吊兰可以有效地改善室内空气质量，在较大范围内使空气质量达到A级标准。
　　(4)分析比较了脉冲电场刺激下芦荟对空气中甲醛消除能力的影响。研究发现，在正常情况下，芦荟对空气中的甲醛有一定的消除能力，但是作用并不明显。应用低频脉冲发生器刺激芦荟的根际土壤，芦荟对甲醛的吸收能力明显增强。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 空气负离子的概念

1．2 空气负离子的产生机理

1．3 空气负离子国内外研究进展

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 空气负离子的测量技术与评价系数

1．5 影响空气负离子浓度的因子

1．6 观赏植物空气负离子的研究

1．7 空气负离子研究的不足

1．8 研究的主要内容

2．植物电信号的采集与分析

2．1 采集技术

2．1．1 测试电极

2．1．2 采集系统

2．2 采集装置

2．3 分析方法

2．3．1 小波分析

2．3．2 功率谱分析

2．4 芦荟和吊兰叶片的电信号的特征分析

2．5 芦荟和吊兰叶片电信号的时域分析

2．5．1 芦荟和吊兰叶片电信号的时域波形

2．5．2 芦荟和吊兰叶片电信号的降噪处理

2．5．3 芦荟和吊兰叶片电信号簟值变化趋势

2．5．4 芦荟和吊兰的功率谱分析

2．6 本章小结

3．基于植物电信号的低频负高压脉冲发生器的设计

3．1 功能模块说明

3．2 硬件设计

3．3 软件设计

3．4 高压激励电路设计

3．5 本章小结

4．低频负高压脉冲刺激下植物空气离子产生能力的研究

4．1 主要仪器与材料

4．2 试验方法

4．3 芦荟空气离子产生能力的研究

4．3．1 空气中NAI和PAI的背景值

4．3．2 室内放置芦荟时NAI和PAI浓度

4．3．3 负高压脉冲刺激芦荟时NAI和PAI浓度

4．3．4 负高压脉冲刺激芦荟时空气离子浓度的空间分布

4．3．5 空气质量评价

4．4 吊兰空气离子产生能力的研究

4．4．1 空气中NAI和PAI的背景值

4．4．2 负高压脉冲刺激空气时NAI和PAI浓度

4．4．3 负高压脉冲刺激无花盆土时NAI和PAI浓度

4．4．4 负高压脉冲刺激吊兰时空气NAI和PAI浓度

4．4．5 负高压脉冲剌激吊兰时空气离子浓度的空间分布

4．4．6 空气质量评价

4．5 本章小结

5．空气负离子与甲醛的关系研究

5．1 甲醛的研究进展

5．2 实验方法与材料

5．3 结论分析

5．4 本章小结

6．结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录