基于光后向散射法的煙塵濃度測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、光后向散射煙塵濃度測(cè)量方法是通過測(cè)量煙塵粒子系后向散射光強(qiáng)來獲得煙塵排放的濃度，在這種測(cè)量方法中主要面臨由于對(duì)復(fù)雜形貌煙塵粒子系后向散射特性的了解不足致使后向散射信號(hào)微弱，從而大大影響儀器檢出限的問題，因此必須采用適當(dāng)?shù)睦碚摵蛯?shí)驗(yàn)分析方法，深入研究復(fù)雜形貌煙塵粒子系的后向散射特性，為儀器的研制提供依據(jù)。
　　本課題受國(guó)家自然科學(xué)基金資助（No.61071036），旨在從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面深入研究光后向散射煙塵濃度測(cè)量技術(shù)，使該方法

2、更適合于煙塵濃度的在線測(cè)量。
　　論文重點(diǎn)研究了煙塵粒子的光后向散射特性，并在此基礎(chǔ)上研制了新型的后向散射式煙塵濃度測(cè)量樣機(jī)。論文主要完成了以下幾方面的研究工作：
　　1．煙塵粒子的微觀形貌與復(fù)折射率測(cè)量
　　現(xiàn)場(chǎng)采集煙塵粒子，并通過掃描電鏡（SEM）圖像分析煙塵粒子的微觀形貌和粒徑分布。煙塵粒子后向散射特性的計(jì)算是在已知煙塵粒子復(fù)折射率的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此需要對(duì)其光學(xué)常數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。為此，本文提出了懸濁液光譜透射法

3、和橢偏法兩種測(cè)量煙塵粒子復(fù)折射率的新方法。與傳統(tǒng)的KBr樣片法相比，新方法操作簡(jiǎn)單，可直接獲得可見光譜范圍內(nèi)的復(fù)折射率而無需由紅外波段外推，為煙塵粒子后向散射特性的準(zhǔn)確計(jì)算奠定基礎(chǔ)。
　　2．復(fù)雜形貌單煙塵粒子的后向散射特性分析
　　煙塵粒子SEM圖像表明，煙塵粒子形貌復(fù)雜。為解決復(fù)雜形貌煙塵粒子后向散射特性計(jì)算的問題，提出了構(gòu)建復(fù)雜形貌煙塵粒子模型的方法。針對(duì)表面圓滑的非軸對(duì)稱復(fù)雜形貌煙塵粒子，提出采用多個(gè)不同形狀超橢球體

4、疊加的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)這種煙塵粒子模型的構(gòu)建。針對(duì)表面突變的非軸對(duì)稱復(fù)雜形貌煙塵粒子，提出利用多個(gè)長(zhǎng)方形體模型的疊加，根據(jù)不同長(zhǎng)方體的位置和高度差構(gòu)建具有表面突變特征形貌的煙塵粒子。然后利用T-矩陣方法對(duì)復(fù)雜形貌單煙塵粒子的后向散射特性進(jìn)行了計(jì)算，為后續(xù)的復(fù)雜形貌煙塵粒子系后向散射特性的分析提供理論支持。
　　3．復(fù)雜形貌煙塵粒子系的后向散射特性分析
　　目前處理煙塵粒子系散射特性的計(jì)算問題時(shí)，一般假定粒子的形狀為球形或類球形。雖

5、然此類模型能夠使問題易于處理，但是不能反映煙塵粒子系的真實(shí)情況。在獲得復(fù)雜形貌單煙塵粒子后向散射特性的基礎(chǔ)上，提出將Monte Carlo法與T-矩陣法相結(jié)合的計(jì)算方法，并構(gòu)建了復(fù)雜形貌煙塵粒子系非獨(dú)立散射模型，對(duì)模型的后向散射特性進(jìn)行了計(jì)算與分析，并設(shè)計(jì)了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，為合理地選取探測(cè)光源及探測(cè)角度提供了理論依據(jù)。
　　4．測(cè)量樣機(jī)的研制及實(shí)驗(yàn)
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，研制了新型的四光源后向散射式煙塵濃度測(cè)量樣機(jī)，利用自行設(shè)