（光学专业论文）大气污染源颗粒物浓度测量的几个影响因素的探讨.pdf

华南师范大学硕士毕业论文摘要 5 - 2 0 微米，并可根据需要通过调节高压泵压力可得到不同粒度分布的颗粒群。 实验结果表明该泵统是一个有效的模拟方案。 、一 ( 2 ) 为了使研究的实验数据分析能够高效进行，在前人已经完成的颗粒粒 度测量的相关工作的基础上建立了一个基于l a b v i e w 8 0 的分析平台。在m a t l a b 平台上利用其丰富的函数库编写数据处理程序，并在l a b v i e w 8 0 平台上利用 m a t l a b 节点调用相关程序。程序创建和调用过程简单，调试方便，很好地完成 数据处理的过程，得到粒度参数、峰值能量、总能量及各环实际散射光能量值； 并使探讨颗粒物浓度测量准确度因素相关的分析顺利进行。 ( 3 ) 实际污染源具有较大的测量区域，这样对于实际较复杂的流场或是呈 涡旋性上升的流场，粉尘颗粒群可能会出现在测量路径上的不同位置，这样会对 测量结果造成影响。利用两个标准粒子板和高压喷雾系统进行了这方面的探究实 验，实验结果表明：在测量路径上，随着颗粒物与傅氏镜距离的增大，测得的 x b a r 和n 值偏离相应准确值越来越多，呈指数增长；而测得的峰值能量和总能 量线性减小，颗粒较大时，总能量比峰值能量减小的幅度大很多，而颗粒较小时， 峰值能量减小的幅度会有所增大。 ( 4 ) 对于浓度较高的颗粒物的测量，需要考虑到颗粒较密集造成的多重散 射现象对测量结果的影响。利用高压喷雾系统进行模拟实验。实验结果表明，当 浓度较低时，峰值能量随浓度增大而成比例增大，当浓度达到一较高的值时，该 值达到最大值，浓度继续增大时，由于多重散射的不断增强，该值反而呈现出下 降的趋势；总能量随浓度变化的规律跟峰值能量的基本相同。因此，对于利用散 射光能量直接对应得到颗粒物浓度的监测仪器只能适用于满足与散射光能量成 比例关系的浓度范围的测量。 ( 5 ) 在模拟平台的组建过程中，还对其他一些影响测量准确性的因素进行 讨论，例如仪器的安装测量位置的选择、调节问题及各种防护措施等。 关键词：颗粒物浓度；影响因素；光散射法；喷雾；多重散射；l a b v i e w ； m a t l a b ： 华南师范大学硕士毕业论文 s t u d yo ns e v e r a lf a c t o r st h a tin f l u e n c e a b s t r a c t o nt h ep a r tic u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t10 n lna t m o s p h e ricp o l l u t10 ns o u r c e s m a j o r ：o p t i c s c a n d i d a t e ：j i e b i nh u a n g s u p e r v i s o r ：g u a n l i n gy a n gp r o f e s s o r w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e mi n d u s t r ya n ds c i e n c et e c h n o l o g y , t h e g o v e r n m e n tc o n t i n u o u s l ys t r e n g t h e n st h ee n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n ga n dg o v e m a n c e t h em o n i t o r i n go nt h ee m i s s i o n so fv a r i o u sp o l l u t a n t sn a t u r a l l yh a si t si m p o r t a n c e t h ed u s tp a r t i c l e sf r o ma l lk i n d so fp o w e rs t a t i o nb o i l e r sa n dc o a l f i r e di n d u s t r i a l b o i l e r sa l et h em a i nd u s tp o l l u t i o ns o u r c e s ，w h i c hh a v es e r i o u si m p a c to np e o p l e s h e a l t h t h em o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n go nt h ed u s te m i s s i o n so ft h i st y p eo f a t m o s p h e r i cp o l l u t i o ns o u r c e sa l ei m p o r t a n tm e a s u r e st oe n s u r ec l e a na i r o n eo ft h e k e yi n d i c a t o r so nt h ed e t e c t i o no fd u s tp a r t i c l e si st h ep a r t i c u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t i o n t h i sa r t i c l ei sc a r r i e do u ta i m i n ga tt h em o n i t o r i n go nt h ep a r t i c u l a t em a t t e r c o n c e n t r a t i o ni na t m o s p h e r i cp o l l u t i o ns o u r c e s t h i s p a p e ra n a l y z e s t h eo n l i n e m o n i t o r i n g i n s t r u m e n t sa n dt h e m a j o r m e a s u r e m e n tm e t h o d so nt h ed u s tp a r t i c u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t i o ni na t m o s p h e r i c p o l l u t i o ns o u r c e sa th o m ea n da b r o a d i na c c o r d a n c ew i t ht h ed u s tp a r t i c l es i z e d i s t r i b u t i o nw eh a v em e a s u r e df r o mm a n yp o l l u t i o ns o u r c e s ，i ti sp u tf o r w a r dt h a tt h e f r a u n h o f e rd i f f r a c t i o nt h e o r yc a nb eu s e dt om e a s u r et h ed u s tp a r t i c u l a t em a t t e r c o n c e n t r a t i o ni na t m o s p h e r i cp o l l u t i o ns o u r c e s 1 1 1 华南师范大学硕士毕业论文a b s t r a c t o u rs t u d y i n gt e a mh a sd o n eal o to fw o r ki nt h em o n i t o r i n go nt h ee m i s s i o n so f d u s tp a r t i c l e s i nt h i sp a p e r , t h ep a r t i c l es i z i n gt h e o r yi su n d e r s t o o d ，a n dt h ew o r ko f o u rp r e d e c e s s o r si sf a m i l i a rw i t h ，a c c o r d i n gt ot h ec o n t e n t sw h i c hw e r en o ts t u d i e di n t h ep a s tw o r k ，a i m i n ga tm a k i n gt h el i g h ts c a t t e r i n gm e t h o db em o r er e a s o n a b l y a p p l i e d t ot h em e a s u r e m e n to nt h ed u s t p a r t i c u l a t e m a t t e rc o n c e n t r a t i o ni n a t m o s p h e r i cp o l l u t i o ns o u r c e s ，t h es t u d yo ns e v e r a l f a c t o r st h a ti n f l u e n c et h e m e a s u r e m e n to nt h ep a r t i c u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t i o ni na t m o s p h e r i cp o l l u t i o ns o u r c e s i sc a r r i e do u t ，m a i n l yi n c l u d i n gt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： ( 1 ) al o n g r a n g ep a r t i c l el i g h ts c a t t e r i n gp l a t f o r mi se s t a b l i s h e d ，w h e r et h e s p r a y i n gi su s e dt os i m u l a t et h ee x i s t i n gf o r mo fd u s tp a r t i c l e s t h ep l a t f o r mc a nb e u s e dt os t u d yt h ei m p a c to nt h em e a s u r e m e n tr e s u l t si na c c o r d a n c ew i t ht h ep o s i t i o n o ft h ep a r t i c l e sv a r i e di nt h el i g h tf i e l d ，a n dt h ep h e n o m e n o no fm u l t i p l es c a t t e r i n g w i t h r e l a t i v e l yh i g hp a r t i c u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t i o n m e a n w h i l e ，o t h e r r e l e v a n t i n f l u e n c i n gf a c t o r sa r ed i s d u s s e di nt h ep r o c e s so fe s t a b l i s h i n gt h ep l a t f o r m a m o n g t h e m ，t h ep r e s s u r eo fh i g h p r e s s u r es p r a ys y s t e mi ss t a b l e ，a n dt h es p r a yp a r t i c l e sa r e f i n e ，c a nr e a c ht o5 - 2 0m i c r o m e t e r , a n da c c o r d i n gt or e q u i r e m e n tp a r t i c l e so fd i f f e r e n t s i z ed i s t r i b u t i o nc a nb ea c h i e v e db yr e g u l a t i n gt h ep r e s s u r eo ft h ep u m p t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t t h es y s t e mi sa ne f f e c t i v es i m u l a t i o ns c h e m e ( 2 ) i no r d e rt om a k et h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n a l y s i so ft h es t u d yh i g h l ye f f e c t i v e ， a ns o f t w a r ea n a l y s i sp l a t f o r mh a sb e e ne s t a b l i s h e d ，b a s e do nl a b v i e w 8 0a n dt h e r e l a t e dw o r ki nt h ep a r t i c l es i z em e a s u r e m e n tw h i c hh a sb e e nc o m p l e t e db yo u r p r e d e c e s s o r s t h ed a t a p r o c e s s i n gp r o g r a m sa r ew r i t t e ni nt h eu s eo f t h er i c hf u n c t i o n l i b r a r yi nm a t l a bp l a t f o r m t h er e l a t e dp r o g r a m sa r ec a l l e di nt h eu s eo fm a t l a bs c r i p t n o d ei nl a b v i e w 8 0p l a t f o r m a st h ec r e a t i o na n dc a l l i n gp r o c e s s e so ft h ep r o g r a m s a r es i m p l e ，w i t he a s yd e b u g g i n g ，t h ed a t ap r o c e s s i n gi sw e l lf i n i s h e d t h ep a r t i c l es i z e p a r a m e t e r s ，t h ep e a ke n e r g y , t o t a le n e r g ya n dt h ep r a c t i c a ls c a t t e r e dl i g h te n e r g yo f e a c hr i n ga r ea c h i e v e d a n dt h ea n a l y s i so ft h es t u d yo nt h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h e m e a s u r e m e n ta c c u r a c yo fp a r t i c u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t i o ni sw e l lc a r r i e do u t ( 3 ) t h ep r a c t i c a lp o l l u t i o n s o u r c e sh a v e l a r g e rm e a s u r e m e n ta r e a ，t h u s ，i n a c c o r d a n c ew i t ht h ec o m p l i c a t e df l o wf i e l do rs c r o l l r i s i n gf l o wf i e l d ，t h ed u s t i v 华南师范大学硕士毕业论文a b s t r a c t p a r t i c l e sm a ya p p e a ri nd i f f e r e n tl o c a t i o n so nt h em e a s u r i n gp a t h ，w h i c hw i l la f f e c t t h em e a s u r e m e n tr e s u l t s t h er e l a t e dr e s e a r c he x p e r i m e n t sa r ec a r r i e do u ti nt h eu s eo f t h et w os t a n d a r dp a r t i c l ep l a t e sa n dt h eh i g h p r e s s u r es p r a ys y s t e m t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a t ，o nt h em e a s u r e m e n tp a t h ，w i t ht h ed i s t a n c eb e t w e e nt h ep a r t i c u l a t e m a t t e ra n dt h ef o u r i e rl e n si n c r e a s i n g ，t h ed e v i a t i o n sb e t w e e nt h em e a s u r e dv a l u e so f x b a r , na n dt h er e l e v a n te x a c tv a l u e sg r o w , e x p o n e n t i a l l y ；t h em e a s u r e dp e a ke n e r g y a n dt o t a le n e r g yh a v eal i n e a rr e d u c t i o n ，a n da c c o r d i n gt ol a r g e rp a r t i c l e s ，t h ed e c r e a s e r a n g eo ft o t a le n e r g yi s m u c hl a r g e rt h a nt h a to fp e a ke n e r g y , w h i l ea c c o r d i n gt o s m a l l e rp a r t i c l e s ，t h ed e c r e a s er a n g eo fp e a l ( e n e r g yi n c r e a s e s ( 4 ) i nt h em e a s u r e m e n to nt h ep a r t i c l e sw i t hh i g h e rc o n c e n t r a t i o n ，t h ei m p a c to f m u l t i p l es c a t t e r i n gc a u s e db yt h ei n t e n s i v ep a r t i c l e so nt h em e a s u r e m e n tr e s u l t sm u s t b ec o n s i d e r e d t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sh a v eb e e nc a r d e do u ti nt h eu s eo ft h e h i g hp r e s s u r es p r a ys y s t e m t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t a st h ec o n c e n t r a t i o n i sl o w ，t h ep e a ke n e r g yw i l lb ep r o p o r t i o n a lt ot h ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s i n g ，w h e nt h e c o n c e n t r a t i o nr e a c h e sah i g h e rv a l u e ，t h ev a l u er e a c h e st h em a x i m u m ；w h e nt h e c o n c e n t r a t i o nc o n t i n u et oi n c r e a s e ，t h ev a l u ep r e s e n tad e c r e a s i n gt e n d e n c ya st h e r e s u l to ft h ec o n t i n u o u ss t r e n g t h e n i n go fm u l t i p l es c a t t e r i n g t h ev a r i a t i o nl a wo ft h e t o t a le n e r g yi sb a s i c a l l yt h es a m ea st h a to ft h ep e a ke n e r g y t h e r e f o r e ，t h em o n i t o r i n g e q u i p m e n t s ，w h i c hg e tt h ep a r t i c u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t i o nd i r e c t l yi nt h eu s eo ft h e s c a t t e r e dl i g h te n e r g y , c a no n l yb ea p p l i e dt ot h em e a s u r e m e n t so ft h ec o n c e n t r a t i o n r a n g ew h i c h m e e t st h ep r o p o r t i o nr e l a t i o nw i t ht h es c a t t e r e dl i g h te n e r g y ( 5 ) i nt h eb u i l d i n gp r o c e s so ft h es i m u l a t i o np l a t f o r m ，o t h e rf a c t o r sw h i c ha f f e c t t h em e a s u r e m e n ta c c u r a c yh a v ea l s ob e e nd i s c u s s e d ，s u c ha st h ei n s t a l l a t i o na n d m e a s u r i n gp o s i t i o no ft h ee q u i p m e n t ，r e g u l a t o rp r o b l e m s ，v a r i o u sp r o t e c t i v em e a s u r e s ， a n ds oo n k e yw o r d s ：p a r t i c u l a t em a t t e rc o n c e n t r a t i o n ，i n f l u e n c i n g f a c t o r s ，l i g h ts c a t t e r i n g m e t h o d ，m u l t i p l es c a t t e r i n g ，s p r a y , l a b v m w , m a t l a b v 华南师范大学硕七毕业论文 目录 目录 、_、- 摘要j j i 关键词i i a b s t r a c t i i i k e yw o r d s v 目录v i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 国内外大气污染源粉尘颗粒物浓度在线监测仪器研究现状1 1 3 大气污染源颗粒物浓度在线测量的常用方法4 1 3 1 电荷法4 1 3 2b 射线吸收法5 1 3 3 透射法6 1 3 4 反射法7 1 3 5 光散射法8 1 4 测量方案的选择9 1 5 研究的主要内容及意义1 0 1 6 本章小结1 1 第二章颗粒的散射理论1 2 2 1 颗粒散射的一般理论1 2 2 2 基于夫朗和费衍射的粒度测量原理1 2 2 2 1 粉尘颗粒物分布函数一罗辛一拉姆勒( r r ) 分布1 2 2 2 2 单个粒子散射光强分布函数1 3 2 2 3 散射光能分布函数及颗粒物质量分布的确定1 5 2 3 本章小结1 9 第三章对课题研究基础工作的理解2 0 v l 华南师范大学硕七毕业论文目录 3 1 颗粒物测量的分析系统2 0 3 1 1 楔型自扫描光电二极管列阵( c s 6 p a ) 传感器2 1 3 1 2 数据采集( d a q ) 卡2 3 3 1 3 各控制及驱动信号电路2 5 3 1 4 利用f p g a 对各驱动信号电路进行的优化设计2 7 3 1 5 基于虚拟仪器l a b v i e w 的软件平台2 9 3 2 粉尘颗粒物排放量与光散射能量之间的关系3 1 3 3 本章小结3 3 第四章影响颗粒物浓度测量准确度因素的分析平台3 4 4 1 长光程的颗粒光散射平台3 4 4 2 组建软件分析平台的几个关键控件介绍3 5 4 3 软件分析平台各部分的具体功能及实现3 7 4 3 1 基本输入输出3 9 4 3 2 粒度显示4 0 4 3 3 能量显示_ 4 0 4 3 4 粒度参数分析4 l 4 3 5 能量参数分析4 3 4 3 6 能量分布综合分析4 4 4 4 本章小结4 5 第五章探讨颗粒物浓度测量的几个影响因素4 6 5 1 模拟实验平台的组建4 6 5 2 高压喷雾系统4 7 5 3 探讨颗粒物群在测量路径上的不同位置对测量结果的影响4 7 5 3 1 标准粒子板实验4 7 5 3 2 高压喷雾实验5 2 5 4 探讨颗粒物浓度较高时的多重散射现象对测量结果的影响5 5 5 5 污染源上检测仪器安装测量位置的选择5 7 5 6 本章小结5 7 v u 华南! f l l j 范大学硕士毕业论文目录 第六章全文总结5 9 6 1 本文的工作：5 9 6 2 今后的工作6 0 参考文献6 1 作者硕士期间参与的项目及撰写的学术论文目录6 4 致谢6 5 华南师范大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着现代工业和科学技术的迅速发展，国家对环保监测和治理力度在不断 加强，对各种污染物排放的监测自然地被摆到重要位置n 吨1 。其中，大气中的粉 尘是需要控制的污染之一。而各种电站锅炉及燃煤工业锅炉产生的烟尘微粒是 粉尘污染的最主要来源口3 ，现在的多种交通工具、建筑等也是污染源，目前城 市的灰霾天气有所增加，严重影响人民的健康，对于这一类的大气污染源排放 烟尘施行严格的监测和控制是保证大气洁净的一个重要的措施h 3 ，同时也可以 为环保部门的决策提供重要的依据。 对于粉尘颗粒物的检测其中一项重要的指标就是其颗粒物浓度。颗粒物浓 度又可分为个数浓度、质量浓度和相对质量浓度，其中，颗粒物的质量浓度在 大气颗粒物研究中使用最多，因此其测定方法的研究得到了广泛的关注，基于 各种原理的测定的方法也最多。我们的课题研究就是针对质量浓度开展的，为 了简便，以下都称为颗粒物浓度。 1 2 国内外大气污染源粉尘颗粒物浓度在线监测仪器研究现状 粉尘颗粒物浓度的在线检测是污染源监测的主要任务之一。由于国外对粉 尘颗粒物浓度的在线监测方法监测仪器研究起步早，因此，相比于国内的情况， 国外的监测方法更加多样化；而对于运用相同方法的仪器开发，国外的仪器也 显得更加成熟。迄今为止，美、英、法、德、日等国家推出了各种性能优良的 污染源粉尘监测系统。如美国的t e 公司、英国的c o d e l 公司、法国的s e r e s 公司、德国的s i c k 公司、d u r a g 公司、f o d i s c h 公司、日本的岛津公司、 y o k o g a w a ( 横河) 公司、h o b i b a ( 崛场) 、澳大利亚的g o y e n ( 高原) 等。这些公司在粉尘排放方面技术上多采用消光法，即l a m b e r t b e e r 法，另外 还有电荷法、光散法、反射法、1 3 射线吸收法。我国近年来也有不少公司也在 开发并销售这一监测仪器。如：北京牡丹联友电子工程有限公司、深圳市中兴 华南师范大学硕士学位论文第一章绪论 新通讯设备有限公司、北京长峰益来自动化科技有限公司、太原中绿环保技术 有限公司、青爵佳明测控仪器有限公司等，这公司的污染源粉尘监测仪器为自 主研发，并经国家环保总局质检中心检定合格晦1 。还有其他一些公司在国内这 一领域也受到了相当的关注。如：武汉天虹、深圳摩特威尔公司、北京绿茵园 笙 寸。 我国的情况归纳如下： 公司原理粉尘颗粒物浓度在线监测仪器的基本情况 深圳摩特 威尔公司 m u l t i - w e l l 公司为美国集团子公司( 主销德国s i c k 公司产品) 武汉天虹 l a m b e r t - b e e r 透过率：0 1 0 0 ( 可调节) ，准确度o 4 ， 烟道直径：0 2 - 6 5 m ，环境温度：2 0 + 5 0 ，以 t h o p a c1 0 0 ( 不透明度) m g m 3 显示含尘量。 采用非对称光路结构，双光路结构，一路探测烟尘 散射信号、一路探测镜头污染信号，单端安装，无 深圳市中兴新通 需现场对中较直。测量范围：o 一2 0 0 0 0 m g 一；零点 讯设备有限公司 光散射 ( 激光后散射) 漂移： 2 2 4 h ；跨度漂移： 2 ，2 4 h ；灵敏度： d m 2 0 1 d m 2 0 25m e d m 3 ；输出信号：r s 2 3 2 r s 4 8 5 串行数字信号； 采样区长度：3 0 0 m m - 5 0 0 0 m m 可调；环境温度：枷 一+ 6 0 。c ；烟气温度： 3 5 0 ( 高温可定制) 北京晟德瑞 l a m b e n - b e e r 烟尘浓度计用英国c o d e l 公司d c e m 2 0 0 0 环境有限公司 ( 不透明度) 北京长峰益来 l a m b e n 1 l e e r 烟尘浓度：o - - , 3 0 0 0 m g n m 3 ，烟尘流速( 流量) ：0 3 0 m s ，环境温度：2 5 c - 一4 5 c ，烟气温度： 2 0 0 ， c y a 2 0 0 】d c ( 不透明度) 可显示参数列表、曲线、棒状图、历史数据、报表。 太原中绿平行光准直反 浓度：o 3 0 0 ，1 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 0 m g m 3 ，检测光程距 离：0 5 1 0 m ：环境温度：3 0 + 5 0 ，线性 t g h - y x 系列射双光路 2 f s ，零漂茧q f s 北京绿茵园 l a n l b e i t b e e r 代理长峰益来的c y a - 2 0 0 烟尘仪 环保技术( 不透明度) 北京地海天环境国家环保局科技发展计划项目，并被国家环保总局 科技开发中心 p 射线吸收 鉴定为：国内首创，国际先进，已取得计量器具许 b d y - i 型i i i 型可证，获国家发明专利。 青岛佳明测控仪监测范围：0 1 0 0 0 m g m 3 ，测定方法：双光程参比 器有限公司光反射 方法，零点漂移：2 ( 2 4 j 、时) ，满量程漂移： y s b d c 4 - 5 ( 2 4 t j 、时) ，校准方式：手动自动校准方式 国外仪器性能归纳如下： 2 华南师范大学硕士学位论文第一章绪论 辎 餐醛裂 目 面母 h a j c 髁蜜 赛器 零 目酶掣 删 蚓 辎 蚕誊 吕 当 餐揍 燃 h 零冰 嚣斗 7- r螺 nn 瑙告出排-糸 寸 辎 捌。 趟 瑙删r 瑙 挺 瓢 篁 辎犀 臀重 o 琼 暑j ：i特 + l 挂辎皿套盼 蒋需黑翅瑙幅 皿血 删蜃婆 面 曼馋婆婆1 弼l幽螺蜮餐 瑙 ppp ppp pp p 赠 o l n o000o 卜- n i n l f ，i n吲c o卜 鄹 2?2?2? 酶 oo0o000 o0 nnnnno qnnn ! j 赵p p p p 赠 o 。 8 o o pp 旷 ：2 o 寸 0 p ooo 芝 p o nol f ， n 一 l n p oo ? 孥 赠 n j 粤 o o j 四 o0 藿 ? 碧 o n 2e on 蜷 on w o髫 皿叮 _ l 口口 褪 一 血 g 趟 l 工j *g gg 2 强 i n*a 2：2 硪坷硼 _ on 口 7 斗h 鄢 2 n 一?02 - ，、 叼?qq叼9 oo 一 oooo 匣k 垦昌 凛 叫 8占 赋 镫 2 昌 2? 巢 量 莹量 鼍 苫苫。 售名刍 匣 _o 刍 堂 挺 善 蔓n g 罨 售 刍 篁 _ 刍 香 售 誊 亳 d? 曹 ?童 ： 昌刍 、 8 兽 旨 g 一 ? 甓墨 喜 萤 量 曹 占。 。 8 g 窨 。占占 。 o o o o o o 甘甘 刨 幅 h 27 爱 嫠 咖1 丑 郦 簿 素 蚺o o -k 蕃蓉蓉 剐 耋 誊 笔暑 笔 按 杂接 。 谜 轻溢 蝼燃燃燧 米 厘匠 柱栏栏撂 控 崾 脚弹御脚 隧 毫 亡 耋童j 删 蛋 专 郦 一一 茸 祗 圃圃 将 匦圃匦圃哑陬 幡件 哑 哑 日j l l ( 皿 罐嘏燃 榷始鞭 皿 斗 3um 的粒子均可以用f r a u n h o f e r 衍射法来近似代替 m i e 散射。 在很多的火力发电场中，我们已测得其粉尘颗粒物的尺寸分布基本上满足 r - r 分布。例如对于广州黄埔电厂的粉尘，我们测得其r - r 分布的特征参量x b a r 9 华南师范大学硕士学位论文第一章绪论 是3 8 1 4um ，分布参量n 是1 1 - 3 0 。对于这样的大气污染源，我们可以通过运用 f r a u n h o f e r 衍射法来近似代替m ie 散射来开展我们的研究。 、 1 5 研究的主要内容及意义 我们课题组已经在粉尘颗粒物排放的监测这方面做了许多工作，本论文的 工作放在对测粒理论的了解，对以往工作基础的熟悉，针对以往工作尚未研究 的内容如：对于大气污染源的监测，颗粒群在测量路径上的不同位置对测量结 果的影响及颗粒物浓度较高时引起的多重散射现象对测量结果的影响等，并为 使光散射方法能够更合理地应用于大气污染源粉尘颗粒物浓度的测量，主要开 展了以下几个方面的研究： ( 1 ) 实际污染源具有较大的测量区域，对于长光程的光散射颗粒物测量系 统，较长的测量路径对颗粒的尺寸参数与分布参数的测量造成影响，在固定焦 距的透射焦面上所接收到的散射光能量由于颗粒物所处位置的不同会产生变 化，包括峰值能量和总能量的变化。 ( 2 ) 对于浓度较高的颗粒物的测量，需要考虑到颗粒较密集造成的多重散 射的问题，探测到的散射光能量分布不再是简单地把每个部分颗粒的光散射能 量分布进行叠加，同时不再满足随着浓度的增大而成比例增大。 ( 3 ) 针对大气污染源的测量，还必须考虑仪器的安装测量位置和调节问题、 激光的对中问题及各种防护措施( 防尘、隔热等) ，当散射光能量过大时，光电 探测器可能会出现较大的饱和现象，这时还需要注意其衰减问题。 ( 4 ) 为了探讨以上影响大气污染源颗粒物浓度测量的因素，需要组建一个 长光程的颗粒光散射平台，以喷雾的方式模拟粉尘颗粒的空间存在，可以探讨 颗粒在光场中存在位置的改变对测量结果的影响，以及颗粒物浓度较高时的多 重散射现象对测量结果的影响；同时，组建平台的过程也包括了其他相关影响 因素的讨论。 ( 5 ) 为了使以上工作顺利而且高效的进行，需要创建了一个软件分析平台， 探讨影响颗粒物浓度测量准确度的因素。该平台需要根据采集到的光散射能量 信号得到颗粒的尺寸参数与分布参数、散射光能量的峰值和总量；结合测量这 些参数时的位置得到随着颗粒物在测量路径上位置的不同相应参数的变化规 1 0 华南师范大学硕士学位论文第一章绪论 律。同时还要有较高浓度下的多重散射现象对散射光能量的变化的讨论。 ( 6 ) 根据对这些影响因素的探讨，提出优化现有测试装置的依据，设计优 化系统。 本文的研究，为课题组提供了一个有效的模拟方案；而对影响大气污染源颗 粒物浓度的几个影响因素的探讨为基于光散射法的粉尘测量仪器在各种大气污 染源颗粒物浓度测量中的应用，提供了有用的技术参考，对于国内粉尘测量仪器 的开发及完善有一定的参考价值。此项研究受到了广东省科技计划项目的资助。 1 6 本章小结 本章介绍了大气污染源中粉尘颗粒物浓度测量研究的目的和意义，分析了 国内外污染源粉尘颗粒物浓度在线监测仪器的研究现状，并介绍了大气污染源 粉尘颗粒物浓度常用的在线测量方法，最后根据实际情况做出了测量方案的选 择，并指出本文研究的主要内容及意义。 华南师范大学顾七学位论文第二章颗粒的散射理论 第二章颗粒的散射理论 2 1 颗粒散射的一般理论 颗粒的光散射现象是指一束光照射到颗粒物上时，由于光的传播介质的改 变，光束发生散射；散射出来的光携带了该颗粒物的很多相关信息，例如该颗粒 物的粒度分布、浓度等等。若想从散射光中得到相关信息，就必须运用一套光散 射理论，对所接收到的散射光进行分析、处理。1 9 0 8 年，德国科学家g u s t a vm i e 通过求解电磁波的麦克斯韦方程组得出了任意直径、任意成分的均匀球型粒子散 射光的严格数学解；创立了颗粒的m i e 散射理论。但由于该理论计算十分复杂， 在之后的很长一段时间内没能被应用于实际的测量。9 0 年代以来，随着计算机 技术和算法的迅速发展，m i e 散射理论逐步被运用于小粒子的测量n 7 。2 1 1 。国内外 的许多公司实现了全颗粒段的m i e 测量，但对于大颗粒来说m i e 系数的计算还是 相当复杂，可能存在较大误差。通常来说，微米级至毫米级的大粒子光散射可用 夫朗和费衍射来近似表示乜2 2 引；而更小粒子( d s t r u c t u r e s - f l a t s e q u e n c es t r u c t u r e s t a c k e ds e q u e n c es t r u c t u r e 调出该控件。顺序结构中的每个 子框图都称为一个帧，刚建立时只有一个帧，对于平铺式顺序结构( f l a t s e q u e n c es t r u c t u r e ) ，可能通过在帧边框的左右分别选择在前面或后面添加帧 来增加一个空白