扬尘颗粒物浓度测量方法与系统研究

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1、扬尘颗粒物浓度测量方法与系统研究StudyonFugitiveDustParticlesConcentrationMeasurementMethodandSystem学科专业：仪器科学与技术研究生：肖云龙指导教师：徐可欣教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要社会经济的发展带来了不容忽视的大气颗粒物污染问题，京津冀地区尤为严重。天津市“美丽天津一号工程”将清新大气行动作为核心内容之一，把对大气颗粒物污染问题的重视提升到前所未有的高度。扬尘污染是大气颗粒物污染的一个重要来源，对扬尘污染源的在线监控对于控制大气颗粒物污染具有重要意义。本文设计了扬尘在线监测系统，并结合扬尘

2、的特点，开发了开放光程的扬尘颗粒物浓度测量计算方法及硬件结构。论文的主要工作包括：1）设计了扬尘在线监测系统的终端。首先介绍了扬尘在线监测系统的整体方案设计，其次对系统终端颗粒物测量、气象参数检测、视频监控、数据采集与处理、数据传输等模块的结构、功能的设计做了详细论述，最后介绍了管理平台的实时数据、数据查询、报警管理功能以及其他辅助功能设计。2）设计了适用于扬尘监测的开放光程颗粒物浓度测量计算方法。首先根据扬尘的特点，分析了已有光散射式扬尘测量方法的缺点，在研究Mie散射基本理论与各个参量对光散射的影响的基础上设计了算法。其次对算法中初值选取问题与数据处理速度慢的问题提出算法的改进方

3、案，并且分析了影响扬尘颗粒物浓度测量计算结果的因素。3）从测量计算方法的基本原理出发，设计了扬尘颗粒物浓度测量模块硬件结构。从光路结构方面，介绍了开放式长光程测量的实现方法以及关键光学器件的选用，并对长光程测量中存在的光路对准的问题提出解决方法。从电路方面给出了硬件数据采集电路设计方案与数据的初步处理方法。4）通过标准粉尘水溶胶实验与烟尘模拟扬尘实验验证了测量方法的可行性。实验数据表明，颗粒物测量模块测量结果对标准粉尘粒径分布的拟合优度达到0.962；颗粒物测量模块与标准仪器对烟尘的测量结果显著相关；使用分段线性回归方程对颗粒物测量模块测量结果校正，另外一组实验结果表明，校正后测量的

4、相对误差为7.68%，测量不确定度为12.83%，为开放空间扬尘颗粒物浓度的测量方法与系统的现场应用奠定基础。关键词：扬尘在线监测光散射颗粒粒径分布开放光程浓度测量ABSTRACTThedevelopmentofsocialeconomyhasbroughttheatmosphericparticulatematterpollutionwhichcan’tbeneglected,especiallyinbeijing-tianjin-hebeiregion.TheimportantprojectonbeautifulTianjinmakesfreshairactiononeofthe

5、keycontentstocatchahighattentionoftheatmosphericparticulatematterpollution.Fugitivedustpollutionisanimportantsourceofatmosphericparticulatepollution,soonlinemonitoringoffugitivedustpollutionisofgreatsignificanceforthecontrolofatmosphericparticulatepollution.Fugitiveduston-linemonitoringsystemis

6、designedinthispaper,andcombinedwiththecharacteristicsofthefugitivedust,theopenspacefugitivedustparticleconcentrationcalculationmethodandmeasuringsystemisexploited.Themainworkinthepaperincludesthefollowingcontents:1)Theterminalequipmentoffugitiveduston-linemonitoringsystemisdesigned.firstly,thed

7、esignofthewholesystemisintroduced.secondly,thedesignofmodulesinstructureandfunctionisdiscussedindetailincludingparticlemeasurement,meteorologicalparametersdetection,videomonitoring,dataacquisitionanddatatransmission.finally,theman