颗粒物发生装置与检定系统研究

摘要

国内外都采用标准粒子的方式对PM2.5监测仪器进行校准，但细颗粒在空气中的物理化学性状极易发生变化，导致标准粒子的制作和其应用之间产生较大的偏差。针对这种现状，本文在通常的标准粒子的基础上，研究一种基于Mie散射的无损检测技术，实现对标准粒子粒径和浓度的实时监测。
　　论文首先对Mie散射进行分析，在此基础上推导了Mie散射的基本公式。基于Mie散射的基本公式，利用MATLAB编写程序对Mie散射的散射光强进行仿真，探究球形颗粒物的粒径、折射率以及入射光的波长等几个参数对散射光强的影响。此外，在Mie散射的基本理论的基础上，推导了散射光强与颗粒群质量浓度的关系以及散射光强与单个颗粒粒径的关系。
　　论文以Mie散射为理论基础，将光度法和粒子计数法相结合，设计并研制了一套颗粒物检定装置。通过激光功率的切换，可利用同一装置实现对颗粒物粒径和浓度的监测。
　　利用所研制的检测装置，分别对聚苯乙烯球标准粒子和单分散的气溶胶颗粒物，开展粒径测量的实验研究。随着标准粒子粒径的增大，甄别电压值也逐渐增大，并能很好的识别和区分两个粒径接近的不同粒子。同时，针对气溶胶发生器所发出的单分散气溶胶颗粒，开展质量浓度的测量实验，并利用最小二乘法对电压值与质量浓度之间的线性关系进行拟合，求得质量浓度转换系数K的值。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 颗粒物检测技术现状

1．2．1 PM2．5测量方法

1．2．2 PM2．5标准物质研究现状

1．3 本论文的主要研究内容

第2章 Mie散射及其理论分析

2．1 光散射及其分类

2．1．1 瑞利散射

2．1．2 分子散射

2．1．3 Mie散射

2．1．4 拉曼散射

2．1．5 布里渊散射

2．2 光散射理论的发展

2．3 Mie散射理论与分析

2．3．1 麦克斯韦方程组

2．3．2 球形颗粒Mie散射公式

2．3．3 Mie散射参数求解

2．4 Mie散射特性仿真

2．4．1 颗粒物粒径对散射光强角分布的影响

2．4．2 颗粒物折射率对散射光分布的影响

2．4．3 入射光波长对散射光强角分布的影响

2．5 本章小结

第3章 颗粒物简介与检定系统设计

3．1 标准颗粒简介及设计方案

3．1．1 标准颗粒物简介

3．1．2 系统设计方案

3．2 光学检测系统设计

3．2．1 照明系统

3．2．2 散射光收集系统

3．2．3 气路系统

3．3 结构设计

3．3．1 散射腔结构设计

3．3．2 稀释器结构设计

3．4 软件设计

3．4．1 数据采集卡

3．4．2 软件设计

3．5 本章小结

第4章 粒径和浓度测量的实验研究

4．1 粒径标定实验研究

4．1．1 粒径测量的理论基础

4．1．2 聚苯乙烯球形标准粒子的粒径测量实验

4．1．3 单分散气溶胶颗粒的粒径测量实验

4．2 浓度标定实验研究

4．2．1 浓度测量的理论基础

4．2．2 浓度标定实验及浓度转换系数K值的确定

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历