烟尘浓度检测的方法

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现在关于烟尘控制的控制方面的开发很是流行,烟尘浓度的额检测很重要,该文档描述了烟尘检测的几种方法!
10 传感器与微系统 第32卷 大大降低,因此,在这种特殊情况下,效果较差;当烟尘组分出了未来的研究方向1。2008华, BudakⅥ ladimir p发展 发生变化时,测量结果也会出现偏差;由于光源、探测器及了一种新的边界处理方法,对高浓度各向异性的三维粒子 反射镜等需要分立安装,因此,需要严格对准:反射镜等光系的散射特性进行了计算,进一步拓展了散射理论5。 学镜片附着烟尘后,也会影响测量结果 2009年, Chaikoyskava ludmila i利用CCD雷达获得的实验 3)光散射法9 数据反演多级散射粒子系的后向散射特性,直接获得了粒 光散射法基于光散射原理,当光束入射到颗粒(不管是子散射系的极化图和 Mueller矩阵图,信息更加丰富。 团体颗粒液滴或者气泡)上时,将向空间四周散射,光的各2010年, Sommersten Endre R利用离散坐标法和 Monte carlo 个散射参数与烟尘颗粒的浓度密切相关。将探测器安装在法对两平行层不同粒子系的散射场进行了计算,结果表明 某散射角处,获得散射光强数据后,基于散射理论对烟尘该方法计算结果更加精确,计算时间也大大缩短 浓度进行反演。 2.2国内研究情况 代表仪器有LD3F防爆袖珍型电脑激光粉尘仪,可以 国内起步较晚,最早是1979年,上海市激光技术研究 直接读取质量浓度,适用于室内外环境巾可吸入颗粒物所的孙渝生运用后向散射激光多普勒测速原理,对管内微 (PM0)浓度的检测,测定范固为0.01~100mg/m3或者粒悬浮液自由下落的速度进行了测量3。1997年,复且 0001~10mg/m3;灵敏度为00或者0001mg/m3;测量精学的黄兴忠和金亚秋,计算了群聚球形粒子和群聚非球 度为±10% 形粒子的极化散射场,得出粒子之间的相干使后向散射明 光散射法之所以获得广泛应用是因为相比其他测量方显增强的结果。同年,国家海洋局的夏达英等利用后向散 法具有如下显著优点:适用性广,除了测量固体颗粒(粉末)射荧光计对试验海区内人工投放的粉煤灰悬浮顆粒的浓 外,还叮以测量液体颗粒(液滴)、气体颗粒(气泡),而不用度进行了测量,结果表明:后向散射法优于前间法和衰减 知道颗粒的化学组成;粒径测量范围宽,从几个纳米法 (103m)到约103m,甚至更大;测量准确精度高、重复 近年来我国在颗粒物后向散射理论研究与实验方面 性能好,对单分散系高分子聚合物标准粒子的测量误差和已经取得显著的成果。2001年,上海理工人学蔡小舒等人 重复性偏差可以限制在1%~2%之内 对高浓度颗粒系的后向散射特性进行了计算,指出当颗粒 2发展概况 浓度增大到一定程度后,决定后向散射强度的是颗粒的粒 2.1国外研究情况 径,而与浓度基本无关0。同年,济南大学的王玉茹等人 1957年, Van de hulst h c的专著“ Light Scattering by设计并搭建了光散射法测定烟尘浓度的实验装置,并对典 出版,成为粒子散射理论的经典著作 型烟尘样品进行∫测量,结果表明:相对于光吸收法而言, 20世纪70年代起激光雷达发展迅速,激光雷达遥感光散射法具有更高的灵敏度1。208年,北京理工大学的 理论日趋成熟。1983年, Fitzgerald基于Mie散射理论分析李丽等人采用辐射传输理论建立了水下距离选通脉冲激光 了低对流层气浴胶粒子的柑对湿度对0.694,10.6μm两个成像系统的后向散射光模型,根据典型系统参数计算并绘 波段后向散射系数的影响。1994年,美国国家航空航天制了系统的重叠系数和后向散射光变化曲线2。同年,天 局利用“发现号”航天飞机利用激光雷达进行了大气探测实津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室的苏翼雄等人 验并获得成功,使激光雷达的探测范围大大拓宽2。 通过研究线偏振光照射在生物组织表面时其散射光的偏振 进入21世纪,烟尘浓度在线监测和大气污染防治成为态特性,提出了一种非接触方法进行生物组织后向散射光 焦点,光后向散射法研究的内容主要集中在粒子后向散射信号拾取的方法,为提高组织成分光谱检测的信噪比提供 特性的理论计算和实时测量的实现2个方面。2001年 了实验基础。2004年,南京理工大学的谷亚林等人推导并 Boss emmanuel等人在实验测量的基础上利用体散射函数计算了有限长导体圆柱的后向散射极化矩阵,分析了目标 对雨滴的后向散射系数进行了反演,为理论计算提供了有的特征极化参数和入射角之间的关系2。2006年,华中科 力的支持。2002年, Tishkovets v p对薄层粒子系的后向散技大学的邓勇等人基于Mie散射理论,建立了双层散射介 射理论进行了详细的推导和计算,为粒子系的后向散射理质的单次后向散射光谱的理论模型,结果表明:利用后向散 论的发展奠定了基础。2004年, Griaznoy v等人基于Mie射光对粒径大小、分布和复折射率的高灵敏度,叫对实现癌 散射模型,对水滴球形粒子含偏心包含物的后向散射特性细胞的早期识别。200年,西安电子科技大学的吴振森 进行了分析,为雷达亮暗带现象出现的原囚提供了理论依等人利用 Monte-arlo方浃对电磁波在烟尘中的传输特性 据131。2006年, Michael mishchenko I对这一阶段有关后向进行数值计算,给出烟尘中反射率和透射率随入射角和烟 散射增强等一系列粒子散射问题进行了梳理和总结,并指尘厚度变化的数值结果。2010年,中科院上海光机所的 第2期 李昆,等:烟尘浓度测量方法综述 王向伟等人基丁单个气泡的米氏散射理论,利用多层介质11 Fitzgerald. Effect of relative humidity on the aerosol backscattering 蒙特卡-罗模拟方法,对I,IA,IB类海水下的尾流气泡激光 coefficient at 0. 694 and 10. 6 um wavelengths[J]. Applied O 后向散射特性进行了模拟,证明了可利用尾流气泡群的激 ie,1984,23(3):411-417 光后向散射作为鱼雷的引信。 [12] Kandlikar M, Ramachandran G. Inverse methods for analyzing 3主要发展方向 aerosol spectrometer measurements: A critical review[ J]. Journal 1)计算烟尘粒子散射特性的光学常数:目前光学常数 of Aerosol Science, 1999, 30(4): 413-4 [13] Griaznov V. Numerical simulation of light backscattering by spheres 的测量主要采用KBr样片透射法,该方法操作复杂被测粒 with off-center inclusion: Application to the lidar case[J] 径受限,且只能通过红外波段的结果外推至可见光波段。 pplied(pirs,2(04,43(29):5512-5522 2)计算复杂形貌烟尘粒子的后向散射特性:目前构建 14] Michael Mishchenko I. Maxwell's equations, radiative transfer 的烟尘粒子模型仅为特殊的非球模型,如椭球、國柱等。而 and coherent backscattering A general perspective J]. Journal of 实际烟尘粒子形貌各异、表面十分复杂,因此,按传统方法 Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2006, 101(3) 难以准确获得实际烟尘粒子的后向散射特性。 540-555 3)计算烟尘粒子系的后向散射特性:目前的计算是基[15] Budak vladimir F. On the solution of a vectorial radiative transfer 于Mie散射理论进行叠加或复散射计算,这仅适用于球形 equation in a arbitrary three-dimensional turbid medium with ani 颗粒系,而难以满足烟尘粒子排放现状 sotropic scattering[ J]. Joumal of Quantitative Spectroscopy and 4结束语 Radiative Transfer, 2008, 109(2): 220-234 烟尘浓度的在线测量方法应满足以下要求 16 Ludmila I. New technique to simulate angular p 1)采样速度要足够快,能进行长期、实时地监测,能够 tterns of polarized signals from multiply scattering media in MFOV 满足生产过程中对数据量的要求。 and CCD lidars[ J]. Joumal of Quantitative Spectroscopy and Ra 2)数据处理必须实吋准确,及时反映出烟尘颗粒物特 dative Transfer,2009,110(8):506-525. [17 Sommersten Endre R Discrete ordinate and Monte-Carlo simula 性的变化 tions for polarized radiative transfer in a coupled system consisting 3)测量系统结构简单、可靠,能够在恶劣条件下长期运 of two media with different refractive indices. J]. Journal of quan- 行,便于维护。 titative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2010, 1ll(4) )测量系统还应具有较好的经济性,价格合理。 616-633 参考文献 [18]孙渝生后向散射激光多普勒测速装置[J].激光,1979(5) [1]王玮,刘红杰. TSP-PM10-PM25-2型中流量大气颗粒物采 集系统的开发和应用[J.中国环境监测.200,49(1):35-[19]黄兴忠,金W秋,群聚球形粒子极化散射的T矩阵数值模 拟[J].计算物理,1997,14(1):376-381 [2]王乃宁.颗粒粒径的光学测量技术及应用M].北京:原子能 [20]俞大勇,蔡小舒高浓度超细颗粒系后向散射研究[J].中国 出版社,2000:25-30 粉体技术,2001,7(4):1-3. [3]CB3095-1995,空气环境质量标准[S [21]王玉茹,冯德振,张智杰.光散射法烟尘浓度的实验研究[J [4]GB/T5817-2009,粉尘作业场所危害程度分级[S 济南大学学报:自然科学版,2001,15(9):253255 5]向纯海阝射线吸收法测量铁路作业场所空气常见粉尘浓[2】李丽水下距离选通成像系统后向散射光的计算J]北京 度[J铁道劳动安全卫生与环保,2009,36(6):316-319 理工大学学报,200,23(4):488-491 [6]李萍.15MHz温控石英晶体微量天平的设计[D].兰州:兰 [23]谷亚林.有限长导体圆柱的后向散射极化分析[J.电波科学 州大学2009:6-13 学报,2004,19(3):269-273 「7]包信宗葛广英,张卫华等基于B的烟气林格曼黑度级测[24]邓勇双层散射介质的单次后向散射光谱分析[门光学学 量研究[J.聊城大学学报:自然科学版,2009,22(2冫:22 报,2006,26(4):595-599 [25]吴振森烟尘中电磁波传输特性的 monte-Caro模拟J]物理 [8]杨大惠,尹常庆,杨传俊烟气黑度监测中应注意的问题[J] 学报,2009,58(4):2397-2404 环境监测管理与技术,2005,17(3):38-39 L26」王向伟.舰船尾流激光后向散射特性研究[J].光学学报, [9]张敏.光散射法测量超细颗粒粒度的研究[D].天津:天津 2010,30(1):14-18. 大学2005:1-12 作者简介: [10] Van de Hu st H C. Lighl scattering by small partiches[ M]. John 李昆(1965-),男,黑龙江哈尔滨人,副教授,主要从事传感 Wiley and Sons Inc, 1957: 1-10 技术方面的研究工作。

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magicsyq 概述性文章,可作科普
2014-03-19
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