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后向散射式烟尘浓度测量技术的研究

作　者: 钱鑫
导　师: 孙晓刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: Mie散射后向散射烟尘浓度
分类号: X831
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着工农业的发展,特别是工业的发展,烟尘的危害也越来越严重。工业生产过程不断的产生各种各样的工业烟尘。而我国是产煤大国,在总的能源构成中,煤炭约占75%左右,这一状况在今后相当长的时间内不会有根本性的改变。大量煤炭的直接燃烧决定了我国大气呈煤烟型污染,许多城市中的总颗粒悬浮物,长期居高不下。大气中的悬浮颗粒污染物,特别是细小颗粒对人的健康损坏极大,各种呼吸道疾病的产生,无不与它有关。悬浮颗粒污染物对环境也有严重的影响,治理悬浮颗粒污染物对保护自然、保护人类十分重要。本课题围绕解决烟尘浓度的测量问题进行研究,从理论方面阐述后向散射方法测量烟尘浓度的可行性。经过理论推导,使用MATLAB软件仿真,对后向散射的特点进行分析。得到在测量角度为180°时,可以得到的光强为总散射光强的0.4%左右。当尺寸参数k超过3之后,后向散射的比例不再随尺寸参数变化。后向散射的强度与烟尘浓度成正比,与接收的距离成反比。对测量仪器进行总体设计,包括对气室、电路、光路等设计。对入射光线调制,基于数字锁相技术设计中心频率110Hz锁相放大器,对接收信号进行解调。有效地提高了在强噪声背景下,仪器对微弱信号提取的能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 本课题的来源  8
  1.2 研究的目的与意义  8-9
  1.3 国内外发展现状  9-14
    1.3.1 取样法  10-12
    1.3.2 非取样法  12-14
  1.4 相关领域的研究成果、待深入研究的问题  14
  1.5 本研究课题的主要研究内容  14-15
第2章理论基础  15-24
  2.1 烟尘尺寸简介  15
  2.2 散射理论简介  15-16
  2.3 Mie散射的基本原理  16-20
    2.3.1 Mie散射的特征  16-17
    2.3.2 Mie散射的基本原理  17-20
  2.4 Mie散射参数的计算  20-23
    2.4.1 Mie散射角度函数π_n、τ_n的计算  20-21
    2.4.2 Mie散射系数a_n、b_n的计算  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章仿真分析  24-31
  3.1 MATLAB应用程序简介  24
  3.2 Mie散射中影响散射光强的几个因素  24-30
    3.2.1 散射光强与尺寸参数k的关系  24-28
    3.2.2 散射光强与接收角度的关系  28-29
    3.2.3 散射光强与烟尘浓度的关系  29
    3.2.4 散射光强与接收距离的关系  29-30
  3.3 本章小结  30-31
第4章测量系统的总体设计  31-35
  4.1 设计要求  31
  4.2 仪器精度要求  31
  4.3 总体设计  31-32
  4.4 气室的设计  32-33
  4.5 光路的设计  33-34
  4.6 本章小结  34-35
第5章锁相放大器的设计  35-44
  5.1 使用锁相放大器的意义  35
  5.2 锁相放大器的工作原理  35-38
  5.3 锁相放大器的设计  38-41
    5.3.1 信号通道  38-39
    5.3.2 参考通道  39
    5.3.3 相关器  39-41
  5.4 仿真结果  41-43
    5.4.1 采样点数的选择  41-42
    5.4.2 锁相放大器的频谱特征  42-43
  5.5 本章小结  43-44
结论  44-45
参考文献  45-48
附录1  48-52
附录2  52-53
附录3  53-54
攻读学位期间发表的学术论文  54-56
致谢  56

后向散射式烟尘浓度测量技术的研究

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