粉尘浓度测试系统标定技术研究

摘要

为了有效减少以及遏制工业生产所排放的粉尘颗粒物对人们生活所造成的影响，因此对粉尘浓度进行测定和限制具有重大的现实意义。随着科技的不断发展，针对粉尘浓度的测试方法有很多，其中光透射法粉尘浓度测试系统采用消光定律作为测量原理，当一束单色光照射到被测粉尘区域后，由于粉尘对光强的吸收和散射作用，造成输出光强一定程度的衰减，通过测定输出光强衰减程度的大小来判断被测区域粉尘的浓度值。但是，由于测试系统采用光电转换的方式将测量结果以电压形式表达出来，而并非直观的粉尘浓度值，因此，需要对其进行标定。标定获得测量电压值所对应的实际粉尘浓度值是测试系统测量的关键环节，标定结果的准确性直接影响着测试系统的测量精确性。
　　本文主要针对粉尘浓度测试系统的标定技术进行研究，在粉尘浓度测试系统测量原理的基础之上，着重研究了以下两方面内容:一方面是选取有效适用于标定的介质。由于浓度较高的均匀粉尘环境很难模拟，因此通过选取透光率较好的介质将粉尘均匀分布其中制作标准浓度样品来模拟粉尘待测区域。综合考虑介质自身特性、透光率以及样本制作的可操作性等多方面因素最终选取了水、明胶以及PMMA三种介质分别进行标定研究。另一方面是获取浓度与电压之间的函数关系。主要对系统的标定方法进行研究，通过对系统传递函数进行建模分析后得到两种适用于标定的方法。针对标定未知K参数法和数据拟合法这两种可获得浓度与电压之间函数关系的方法进行了对比研究。标定未知K参数法是通过标定传递函数中的一个未知参数K来获取浓度与电压之间关系;数据拟合法是通过将实验获取浓度和电压的一组数据直接进行拟合获得两者的函数关系，通过对比数据拟合的多种方式，最终选用了最小二乘拟合法进行标定。
　　本文最后进行了大量的标定实验。分别进行了以水为介质、以明胶为介质和以PMMA为介质的实验，根据实验所得数据均分别采用标定未知K参数法和最小二乘拟合法获取标定结果，同时将两种结果进行了对比。为了验证标定结果的准确度与可信度，对其进行了测试，通过计算相对误差判断出结果的好坏。研究结果最终表明采用以明胶为介质通过最小二乘法获取函数关系的标定方法较优，相对误差大小在标定允许的误差范围之内，实验结果验证了所研究标定方法的可行性和正确性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题结构安排以及研究内容

1．4 本章小结

2 粉尘浓度测试系统的测量原理

2．1 光透射法粉尘浓度测试原理

2．2 粉尘浓度测试系统的组成

2．2．1 系统发射部分工作特性

2．2．2 系统接收部分工作原理

2．3 本章小结

3 粉尘浓度测试系统传递函数建模分析

3．1 粉尘的特性分析

3．2 粉尘环境下激光传输特性

3．2．1 大气分子的吸收

3．2．2 大气分子的散射

3．2．3 激光传输衰减模型

3．3 系统传递函数模型分析

3．4 本章小结

4 粉尘浓度测试全系统标定方法

4．1 以水为介质的标定方法

4．1．1 系统标定原理

4．1．2 标定精度分析

4．2 以明胶为介质的标定方法

4．2．1 系统标定原理

4．2．2 标定精度分析

4．3 以PMNLA为介质的标定方法

4．3．1 系统标定原理

4．3．2 标定精度分析

4．4 粉尘浓度测试系统标定数据处理算法

4．4．1 函数插值法

4．4．2 最小二乘法

4．5 本章小结

5 标定实验与数据分析

5．1 以水为介质的标定实验及数据分析

5．1．1 标定实验

5．1．2 实验数据处理

5．1．3 测试实验与误差分析

5．2 以明胶为介质的标定实验与数据分析

5．2．1 标定实验

5．2．2 实验数据处理

5．2．3 测试实验与误差分析

5．3 以PMMA为介质的标定实验与数据分析

5．3．1 标定实验

5．3．2 实验数据处理

5．3．3 实验误差分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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