后向散射式烟尘浓度测量技术的研究

论文摘要

随着工农业的发展,特别是工业的发展,烟尘的危害也越来越严重。工业生产过程不断的产生各种各样的工业烟尘。而我国是产煤大国,在总的能源构成中,煤炭约占75%左右,这一状况在今后相当长的时间内不会有根本性的改变。大量煤炭的直接燃烧决定了我国大气呈煤烟型污染,许多城市中的总颗粒悬浮物,长期居高不下。大气中的悬浮颗粒污染物,特别是细小颗粒对人的健康损坏极大,各种呼吸道疾病的产生,无不与它有关。悬浮颗粒污染物对环境也有严重的影响,治理悬浮颗粒污染物对保护自然、保护人类十分重要。本课题围绕解决烟尘浓度的测量问题进行研究,从理论方面阐述后向散射方法测量烟尘浓度的可行性。经过理论推导,使用MATLAB软件仿真,对后向散射的特点进行分析。得到在测量角度为180°时,可以得到的光强为总散射光强的0.4%左右。当尺寸参数k超过3之后,后向散射的比例不再随尺寸参数变化。后向散射的强度与烟尘浓度成正比,与接收的距离成反比。对测量仪器进行总体设计,包括对气室、电路、光路等设计。对入射光线调制,基于数字锁相技术设计中心频率110Hz锁相放大器,对接收信号进行解调。有效地提高了在强噪声背景下,仪器对微弱信号提取的能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 本课题的来源
• 1.2 研究的目的与意义
• 1.3 国内外发展现状
• 1.3.1 取样法
• 1.3.2 非取样法
• 1.4 相关领域的研究成果、待深入研究的问题
• 1.5 本研究课题的主要研究内容
• 第2章 理论基础
• 2.1 烟尘尺寸简介
• 2.2 散射理论简介
• 2.3 Mie散射的基本原理
• 2.3.1 Mie散射的特征
• 2.3.2 Mie散射的基本原理
• 2.4 Mie散射参数的计算
• n、τ_n的计算'>2.4.1 Mie散射角度函数π_n、τ_n的计算
• n、b_n的计算'>2.4.2 Mie散射系数a_n、b_n的计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 仿真分析
• 3.1 MATLAB应用程序简介
• 3.2 Mie散射中影响散射光强的几个因素
• 3.2.1 散射光强与尺寸参数k的关系
• 3.2.2 散射光强与接收角度的关系
• 3.2.3 散射光强与烟尘浓度的关系
• 3.2.4 散射光强与接收距离的关系
• 3.3 本章小结
• 第4章 测量系统的总体设计
• 4.1 设计要求
• 4.2 仪器精度要求
• 4.3 总体设计
• 4.4 气室的设计
• 4.5 光路的设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 锁相放大器的设计
• 5.1 使用锁相放大器的意义
• 5.2 锁相放大器的工作原理
• 5.3 锁相放大器的设计
• 5.3.1 信号通道
• 5.3.2 参考通道
• 5.3.3 相关器
• 5.4 仿真结果
• 5.4.1 采样点数的选择
• 5.4.2 锁相放大器的频谱特征
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢