基于光后向散射法的煙塵濃度測量技術(shù)研究.pdf

1、光后向散射煙塵濃度測量方法是通過測量煙塵粒子系后向散射光強來獲得煙塵排放的濃度，在這種測量方法中主要面臨由于對復(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微弱，從而大大影響儀器檢出限的問題，因此必須采用適當?shù)睦碚摵蛯嶒灧治龇椒?，深入研究?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)。
　　本課題受國家自然科學(xué)基金資助（No.61071036），旨在從理論和實驗兩個方面深入研究光后向散射煙塵濃度測量技術(shù)，使該方法

2、更適合于煙塵濃度的在線測量。
　　論文重點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量樣機。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)折射率測量
　　現(xiàn)場采集煙塵粒子，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算是在已知煙塵粒子復(fù)折射率的基礎(chǔ)上進行的，因此需要對其光學(xué)常數(shù)進行準確測量。為此，本文提出了懸濁液光譜透射法

3、和橢偏法兩種測量煙塵粒子復(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確計算奠定基礎(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。針對表面圓滑的非軸對稱復(fù)雜形貌煙塵粒子，提出采用多個不同形狀超橢球體

4、疊加的方法實現(xiàn)對這種煙塵粒子模型的構(gòu)建。針對表面突變的非軸對稱復(fù)雜形貌煙塵粒子，提出利用多個長方形體模型的疊加，根據(jù)不同長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-矩陣方法對復(fù)雜形貌單煙塵粒子的后向散射特性進行了計算，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算問題時，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)合的計算方法，并構(gòu)建了復(fù)雜形貌煙塵粒子系非獨立散射模型，對模型的后向散射特性進行了計算與分析，并設(shè)計了驗證性實驗，為合理地選取探測光源及探測角度提供了理論依據(jù)。
　　4．測量樣機的研制及實驗
　　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量樣機，利用自行設(shè)