基于光散射法的烟尘发生及浓度测量系统设计

目前烟尘浓度测量仪广泛应用在环境监测系统中,但是在实验阶段,烟尘采样部分不易取到烟尘、实际工况中烟道中的浓度不能随实验的需求调节。针对此问题,设计了一种定量浓度烟尘发生装置,该装置使用微量进料器与多种元器件、仪器仪表搭成烟尘发生装置,实现了定量浓度烟尘的发生,通过上位机进行实时监控。并在Mie散射的基础上,基于光散射法设计搭建实验装置,将前向和后向散射法相结合,利用CCD采集光信号,较准确地实现了实时测量颗粒物浓度。     

基于MIE理论的室内便携式颗粒物检测仪设计

针对传统监测设备难以安装维护、响应速度慢的问题,设计一种基于光散射理论的室内便携式颗粒物检测仪。首先分析推导光散射法检测颗粒物浓度的原理,并设计蓝牙传输模块的硬件电路,然后通过指令将蓝牙传输模块端口和手机终端进行配对,最后在手机终端对收到的数据进行实时解析及显示。结果表明,该检测仪的测量数据经格拉布斯准则处理后,与DUSTTARKⅡ8530(TSI)测试仪器的数据相比误差不大于6%,且无需现场布线、智能便携,易连接组网通信,适用于室内颗粒物监测等方面应用。     

颗粒物数量与粒径分布的光学测量系统设计

针对颗粒粒径和数量同时测量的问题,在Mie散射理论的基础上,提出将角散射颗粒计数法和小角前散射法相结合,设计出一种能实时测量颗粒物粒径和数量的光学传感器.基于光电二极管采集到的光电流范围,用信噪比为51.8 dB的放大器电路对电流采样,从而实现较高计数效率.针对散射光能分布和颗粒粒径之间的关系式,推导出目标函数,并引入...     

高散射介质后向扩散散射实验的图像预处理

在高散射介质后向扩散散射实验中,偏振光扩散散射空间光强分布（PDB pattern）图像的几何偏差会影响其对称性,给精确分析带来困难.本文提出的图像预处理采用中值滤波的方法对图像进行去噪处理,运用函数矩理论对pattern的几何偏差进行矫正.实验结果显示,图像预处理能够有效地消除实验系统几何偏差引起的图像不对称性,以提高PDB pattern分析的准确度,有利于该系统应用于实时测量.     

基于光散射的小型便携式粉尘测量仪的研制

介绍了一种小型便携式粉尘测量仪,它以悬浮颗粒物(粉尘)在光束中产生的光散射现象为原理,直接准确测量空气中悬浮颗粒物(粉尘)的质量浓度,实现在线测量,具有自动连续取样,实时显示,体积小,重量轻,便于携带等特点,并且还可以组成一个测量局域网.测试数据表明,测试准确性和测试精度与国外同类仪器相当.     

水中颗粒物大角度范围体散射函数测量方法

针对现有体散射测量系统中激光器与探测器相互遮挡导致探测角度减小的问题,设计了一款新型的水中颗粒物的体散射函数测量系统。首先,通过双潜望式光路结构,将激光发生平面与散射探测平面分离,减小了激光器对探测角度的遮挡;同时,通过潜望式出射棱镜将透射光导出水体,避免了容器的杯壁散射,提高背散射测量的准确性。根据实际工艺,改进出射棱镜,设计系统样机,实现了3°~178°大角度范围体散射函数的测量。结合系统结构与水下光传输原理,根据数据矫正算法,矫正由于测量光程及水体衰减造成的偏差。对比矫正后结果与米散射仿真结果,证明方法的可靠性。     

基于光纤传感器的油井温度场监测研究

针对目前油井井温常规测量方法存在的不足,提出了一种基于喇曼散射原理的油井温度在线监测方案,对其可行性进行了分析验证,构建了基于分布式光纤传感器的油井温度场监测系统.实验证明该系统具有良好的空间定位精度和温度分辨率,可以在不影响温度场原始分布的情况下实现对多点温度的分布式实时快速测量.     

海底激光雷达悬浮颗粒粒径分布反演方法的研究

在激光雷达海洋探测技术中,为了实时监测海水中悬浮颗粒物粒径分布,需要对激光雷达接收信号进行处理和反演计算。根据Mie散射理论,用聚苯乙烯粒子作为研究样本,取三种不同粒径的聚苯乙烯粒子,分别配制不同浓度的溶液、测量了不同散射角、不同光波长下的散射系数随浓度的变化关系。测量结果表明:在散射角为15°,光波长范围为450 nm~700 nm时,散射系数与浓度具有很好的单调递增性;对1∶1∶1 的三种粒径聚苯乙烯溶液进行了测量,结果说明混合物散射系数与同种浓度下三种单粒径的散射系数之和基本一致,具有很强的线性相关性;通过实验与理论比较,在适合波段内,反演误差小,反演精度较高。     

光散射法在电子烟气溶胶测量中的应用

为了能够确定电子烟烟雾量的准确定义,并实现电子烟烟雾量的在线、定量测量的目标,文中对10种样品按照HCI深度抽吸模式,通过光透射和散射理论研究光强与粒度的关系,进行实验验证并对结果进行分析,解决了光强与粒径、粒子数的非线性化问题,建立了粒子与光强之间的数学模型,使粒子与光强线性化,便于研究测量。该测量方法以光透射和散射为基本原理,以粒子质量为中间变量,为电子烟烟雾量提供了一种在线实时检测的方法,能够更全面的表达烟雾量指标。     

异轴角散射法测量湿蒸气参量的方法研究

为了实时监测汽轮机末级湿蒸气中水滴大小分布和浓度的变化,指导汽轮机的安全经济运行和锅炉给水量,减小湿蒸气对汽轮机的影响,提出了一种以CCD为探测器、测量湿蒸气参量的异轴角散射方法;根据模拟汽缸的结构和参量建立数学模型,并进行了仿真分析,得出水滴群质量中间半径、水滴数浓度和尺度分布参量的变化对散射比的影响规律;分别对不同工况下的湿蒸气进行了实验测量;仿真和实验结果变化趋势基本一致。结果表明,利用异轴角散射法测量湿蒸气参量变化是可行的。该研究对湿蒸气参量以及其它微粒的监测是有帮助的。     

用粒子计数法测量颗粒物质量浓度

为了测量颗粒物的质量浓度,基于米散射理论,在偏振入射光条件下,通过数值计算研究了球形颗粒的散射光通量与粒径之间的关系,得到了利用光学粒子计数器测量颗粒物质量浓度的计算公式。该公式重点考虑了粒子数目和大小对质量浓度的影响。实验结果表明,在0.001mg/m3~2mg/m3的质量浓度范围内,该公式的计算值与实验测量值具有显著的相关性,相关系数为0.9953。     

基于偏振散射对大气中炭黑颗粒物表征

基于光的偏振散射原理提出了一种对大气中炭黑颗粒物进行表征的测量方法.首先利用偏振光子散射的蒙特卡洛模拟方法寻找表征炭黑颗粒物属性的偏振特征参量,进而通过实验对特征参量进行验证.结果表明,获取的偏振参量对炭黑有较好的表征效果.此外,偏振表征不仅可以兼容现有非偏振散射仪器,提供更多颗粒物属性等信息,还可以减少探测角度,优化探测装置.     

2008年北京奥运期间大气颗粒物激光雷达观测研究

大气区域性污染及其区域输送研究是当前研究的热点问题,2008年北京奥运会的举行为研究北京及其周边大气区域输送提供了机会。主要利用双波长三通道激光雷达和风廓线雷达对颗粒物大气颗粒物区域输送进行研究,介绍了双波长三通道激光雷达的特征及主要参数,讨论了大气颗粒物质量浓度垂直分布的反演方法,并结合风廓线雷达数据论述了颗粒物区域输送的反演,实现了对大气颗粒物输送通量的估算和输送方向的判断。最后,对监测期间典型时间段的大气颗粒物区域输送通量和总量进行估算,并结合SO2实测数据进行了对比分析。     

污水油分与悬浮物光学在线检测方法

油田生产过程中排出的超标污水既污染土壤环境又危及水生资源,必须对油田污水进行在线水质监测,实时反映污染物指标,减小对环境的威胁。基于近红外光的吸收透射和散射原理,设计了能同时检测出油田污水中油分和悬浮物含量两个参数的测算模型;选择合适波长,利用三波长法进行光电检测;搭建了插入式污水油分和悬浮物在线检测系统。实验结果表明:该测算模型准确、可靠,可同时检测出待测液中的水中油分和悬浮物的含量,相对于常规的水中油分红外光度检测法和水中悬浮物重量检测法,提出方法的检测误差小于6%,该方法对实际应用有较大参考的价值。     

一种改进的消光式颗粒计数传感器

分析了消光式液体颗粒计数传感器的典型结构,并根据Mie理论计算了折射率为1.33的消光系数曲线,说明颗粒粒径在小于2μm时与消光系数呈多值性对应关系,指出这种多值性关系是影响此类计数器不能用于检测小颗粒的主要原因.最后提出一种改进的液体颗粒计数传感器结构,对传感器中光学部分的采光透镜组进行了改造,增加散射光探测器和光源监控探测器.通过计算说明了将散射光探测器安置在45°采光角时的原因,此时的光能与颗粒粒径之间有较好的单值对应关系,还可减少折射率对测量结果的影响.实验对比表明,改进结构的传感器对小于2μm的标准颗粒试样有较好的检测能力,而且多次重复测量结果相近;对大于2μm颗粒的检测能力仍然保持着较高的水平.     

北京奥运期间工业污染源颗粒物输送通量的激光雷达监测

大气中悬浮的颗粒物是评价环境质量的重要指标,激光雷达是获得颗粒物时空分布的重要手段。近地面颗粒物消光系数与颗粒物质量浓度是相关的,利用震荡天平（TEOM）测量近地面的PM10质量浓度,与雷达测量的消光系数建立经验关系,推算PM10质量浓度的垂直分布。风廓线雷达给出了不同高度上风场的变化,可以计算不同高度上颗粒物向城区的输送通量,最终可以估算总的收支。使用激光雷达技术对北京重要工业污染源进行了长时间的连续监测,获取了颗粒物输送通量等多种参数,给出了连续监测结果。     

PM2.5模拟溶液的光学特性研究

雾霾是危害当今大气环境的突出表现,研究雾霾的光学属性具有十分重要的意义.一般通过对PM2.5,也就是空气中直径小于或等于2.5微米的污染颗粒物的检测来分辨雾霾的等级.本文通过对PM2.5模拟溶液的检测来反应雾霾的等级,利用PM2.5模拟溶液的浓度与光强度和对比度进行归纳,得到具有一定规律的实验数据,为今后利用光学的方法对雾霾进行检测打下基础.     

中国近地面PM2.5 质量浓度卫星遥感数据集比较及历史趋势分析

随着对大气污染问题的日益重视, 监测大气颗粒物质量浓度也成为了热门研究领域。针对现行两种流行算法 (基于模式模拟和基于机器学习) 产生的近地面PM2:5 质量浓度科学数据集进行了比较分析, 利用城市年均PM2:5 监测 数据定量评估两数据集的不确定性, 并通过空间自相关分析对两数据集的空间合理性进行了评价。同时, 还利用标准 差椭圆分析研究了2000–2018 年间主要污染区域(北京、天津、河北、河南、山西、山东等地) PM2:5 的时空演变趋 势。结果表明, 基于机器学习算法产生的数据集(CHAP) 具有较高的精度, 适用于区域性空气质量研究; 而基于模式模 拟算法产生的数据集(vanDonkelaarA) 具有合理的空间分布, 更适合于大尺度、长时间的污染趋势分析。由标准差椭 圆分析发现, 2000–2018 年研究区域标准差椭圆中心的位置整体向东北方向移动; 2013 年前PM2:5 分布范围及年均值 在波动中呈现整体上升的趋势, 随后显著下降, 造成PM2:5 浓度下降的主要因素是有效管控措施的实施。研究结果为 中国区域的细颗粒物污染研究的数据集选取提供了参考依据, 为大气细颗粒物污染的防控提供科学支撑。     

激光雷达探测反演PM2.5浓度的精度研究

给出了355nm激光雷达与布设在中国科学院大气物理研究所325m铁塔上的BAM-1020颗粒物监测仪对比观测实验的结果,通过2011年9月21日至10月21日一个月的对比实验发现,激光雷达探测的气溶胶消光系数与实测的PM2.5浓度之间存在较好的相关性。利用线性回归模型建立消光系数与颗粒物浓度之间的关系式,并通过铁塔实测的PM2.5浓度对该关系式在垂直高度上的反演精度进行研究。结果显示,在63,80,120,160m高度处雷达反演的PM2.5与实测值之间的相关系数分别为0.9447,0.9331,0.9284,0.9308,说明激光雷达能有效探测颗粒物的垂直分布状况。激光雷达探测将有利于研究污染物的空间分布状况和污染物跨界输送问题,并为区域大气联防联控制定政策和措施提供数据支持。     

Underwater Optical Fiber Fluorescent System for Measuring Chlorophyll—a Concentration

Using optical fiber fluorescent technology, a new method for measuring alga concentration in water is presented.The system can realize on-line measurement for alga concentration using He-Ne laser as the light source.It can also effectively detect weak signals.The system with a passive sensor head has such advantages as simple structure, high sensitivity and high accuracy.It has been demonstrated that this system can be used to monitor water quality and can also be used to survey some matter.