基于等效球形颗粒数的颗粒物质量浓度算法

从Mie散射理论出发,推导了粒子计数器(OPC)测量球形颗粒物质量浓度的计算公式.考虑非球形颗粒,从颗粒群粒度分布概念出发,提出了统计意义上的等效球形颗粒数概念,给出了非球形颗粒物质量浓度的理论公式,并利用该理论公式阐明了OPC测量非球形颗粒物质量浓度计算公式的合理性,进而给出了基于等效球形颗粒数的悬浮颗粒物的质量浓度算法.实验结果表明,该算法的质量浓度计算值与实际值十分吻合,因而为实现OPC在线测量悬浮颗粒物的质量浓度提供了一种可行途径.     

光全散射法在城市扬尘在线监测系统中的应用

研究了光全散射法在大范围空间颗粒物浓度监测中的应用及实现。借助于结构设计和调制解调技术去除环境中背景光对光电转换的影响,为避免光源光强的波动对系统稳定性的干扰,采取光强反馈措施进行补偿。应用多波长消光法,结合Lamber-Beer定律和Mie散射理论,实现开放空间颗粒物浓度值的测量。将系统的计算结果和标准仪器进行实时对比,二者的Pearson相关系数为0.988 9,数据有较好的一致性,系统量程可达0~400 mg/m3,响应时间为1 min。为大范围空间颗粒物质量浓度的监测提供了一种快速、实时的手段。     

测量质量浓度的光学粒子计数器的标定方法

为了实现光学粒子计数器系统实时精确地测量悬浮颗粒物的质量浓度,对该系统的标定方法进行了研究.首先采用高斯牛顿法进行非线性回归确定标定参数,但实验结果表明标定参数的稳定性较差.其次,通过对稳定性问题的详细分析,发现标定参数与颗粒物质量浓度的范围等卧素有关,进而提出了分步标定法.最后,采用分步标定法对粒子计数器系统进行标定,并将其用于实际测量,测量的质量浓度值与实际值吻合较好,证实了分步标定法的有效性.     

气溶胶单粒子的偏振散射特性研究

建立了气溶胶单粒子的偏振散射实验装置,采用T-matrix方法模拟球形粒子和长形粒子的光散射计算, 讨论了偏振强度因子(Pf)和穆勒矩阵元素(Z11、Z12)随粒径、形状的变化关系,结果表明,球形粒子和杆状粒子的Pf和Z12随着粒径的增大存在明显差异。通过对单分散的气溶胶颗粒物样品的实验测量,得到不同样品的Pf值和Z12。实验结果表明,以油酸粒子的Z12为基准, 差值△Z12=12可以作为球形的油酸粒子和长形的核黄素以及石棉纤维的区分阈值, △Z12 介于12~41主要为核黄素粒子, △Z12达到59时粒子可被认为是长形的石棉纤维粒子, 而立方形的NaCl气溶胶粒子的△Z12与油酸粒子非常接近,难以区分。初步实验表明,穆勒矩阵元素Z12可以用于识别长形粒子,该研究为颗粒物形态的偏振测量提供依据。     

尘埃粒子的半导体激光散射测量

以半导体激光为光源 ,建立了一个可以实时测量空气中尘埃粒子的尺寸与颗粒数浓度的光学系统。根据Mie散射理论 ,计算了该光学系统的光散射响应特性。实验结果表明 ,该系统具有高的计数准确度、计数效率和计数重复性 ,适用于洁净度检测和环境空气中尘埃粒子的粒径分布测量。     

用后向散射系数计算颗粒物质量浓度的方法研究

从理论上分析气溶胶后向散射系数和质量浓度之间的关系,利用米散射激光雷达和颗粒物质量监测器振荡天平(tapered element oscillating microbalance, TEOM)分别测量了合肥市郊近地面大气气溶胶的后向散射系数和PM10的质量浓度.在分析其相关性的基础上,利用非线性最小二乘法拟合的方法建立了利用后向散射系数获取颗粒物质量浓度的经验公式,并对利用公式反演的结果进行了实验验证.同时还分析了合肥市郊春季气溶胶的日变化特征,以期对合肥市大气污染总量控制方案及对策提供科学依据.     

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。     

利用颗粒物数密度谱计算质量浓度的方法研究

利用自行研制的空气动力学粒谱仪和颗粒物质量监测器振荡天平,于2006年2月在北京测量了大气气溶胶的粒子数密度与质量浓度.在对二者进行相关性分析的基础上,运用多元回归方法,得出了利用粒子数密度谱获取颗粒物(PMl0)质量浓度谱的经验公式,并对公式进行了实验验证.同时分析了北京市初春气溶胶的有关特征,以期对北京市大气污染总量控制方案及对策提供科学依据.     

湿蒸汽参数后向异轴散射测量模型的优化及实验研究

为了能够对汽轮机湿蒸汽各参数的变化进行精准的监测,提高汽轮机内部除湿技术和机组的运行效率,对湿蒸汽参数后向异轴散射测量模型进行了优化和实验研究。基于Mie散射理论建立了湿蒸汽测量模型,对原散射体的几何模型进行优化;通过MATLAB对该模型进行了仿真模拟,计算得到当接收距离d=0.32 m,水滴群质量中间半径r0.5=1 μm,尺寸分布参数K=5和水滴数浓度N=2.5×1011时,散射光强值达到最佳。利用相减消光法和均值滤波法对CCD相机信号进行了提取和处理,并对不同工况下的湿蒸汽参数进行了实验测量计算与反演,实验反演的结果和仿真模拟的结果变化趋势吻合。研究结果验证了基于CCD的后向异轴散射测量模型的准确性和测量汽轮机蒸汽湿度实验研究的可行性,为今后的汽轮机蒸汽湿度测量提供了科学依据。     

粒子动态分析仪(PDA)测量湍流场时散射粒子的选择

应用激光技术测量流场时需要合适的散射粒子。本文研究了激光三维粒子动态分析仪测量湍流流场时,如何选择合适散射粒子的问题。实验结果表明,散射粒子的合理选择是保证测量精度的重要措施之一。在测量强脉冲湍流场时,应选用密度小,直径小且折射率大的粒子作为散射粒子。选择合适的粒子播散浓度。     

烟尘粉尘向大气排放的激光监测技术研究

提出了能直接测量烟尘和粉尘排放浓度和粒径大小的激光监测技术 ,具有实时快速、非接触、在线、无需取样和连续测量的优点。实验研究表明了该项技术的工作原理是正确的 ,测量结果是准确可靠的     

导光板用聚甲基丙烯酸甲酯基光扩散材料的研究

以光学级聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材,分别添加不同比例的球形二氧化硅光扩散剂A和光扩散剂B,研究了光扩散剂含量、球形粒子大小及粒径分布对材料的透光率、雾度及力学性能的影响。研究结果表明,在光学级PMMA中添加球形二氧化硅光扩散剂能获得良好的光扩散材料。当平均粒径为2μm,添加质量分数为0.4%时,试样的透光率为88.0%,雾度可达90.1%,有效光扩散系数可达79.3%,不仅能明显提高PMMA的拉伸强度,而且对弯曲强度,缺口冲击强度的影响也不大,具有很好的实际应用价值。     

减少测粒仪光靶环数提高颗粒尺寸求解速度

本文指出当采用函数限制解法求解颗粒尺寸分布时,仅用光靶上的少数几个环就能确定分布函数,而且得到与原来(15个环)相同的可测粒径范围和对颗粒尺寸变化的灵敏度,文中对此进行了理论分析和计算机模拟计算,并给出了对标准颗粒的实测结果。     

基于粒子群优化算法的透射滤光片设计

为了优化器件的结构参量,把光栅结构的周期、高度、占空比作为优化的粒子,采用粒子群优化算法和严格耦合波分析算法,对粒子群中粒子的适应值进行了比较,对金属-介质光栅滤光片结构进行了理论分析和仿真优化,在一定范围内找到最优参量。结果表明,根据MATLAB仿真结果进行优化,得到周期为0.300μm,金属光栅厚度为0.035μm,介质光栅厚度为0.400μm,光栅占空比为0.77;在TM光垂直入射时,该结构对波长为0.65μm的红光透射率达到80.27%,旁带透射效率不超过15%;该结构实现了特定波长光的高效透射,从而实现了滤光。该结构为亚波长光栅的设计、制备研究和实际应用提供了参考。     

基于衍射且适用于粒径分布反演的半经验公式

基于Fraunhofer Diffraction提出了一种更为确当的适用于粒子尺寸分布反演的半经验公式,在前向小角范围内与精确的Mie解相吻合,其精确度比Fymat Aland Mease KD的近似在不同的范围有了不同程度的提高,特别在粒径很小时有了很大的提高。给出了在此半经验公式下实现粒子尺寸分布反演的两种方法。     

宝鸡市一次污染过程黑碳气溶胶的变化特征及潜在源解析

利用 AE-31 型黑碳仪于 2019年 2 月 4–26 日对宝鸡市的黑碳 (BC) 气溶胶进行了在线连续监测, 并结合 PM2:5 质量浓度、风速风向等数据, 采用聚类分析研究了该地区污染期间 BC 质量浓度的变化及来源。结果表明, 观测期间 BC 平均质量浓度为 2.8 µg·m−3, 范围为 0.4∼8.0 µg·m−3; PM2:5 平均质量浓度为 119.9 µg·m−3, 范围为 17.3∼221.9 µg·m−3; 重度污染期间 BC 和 PM2:5 平均质量浓度分别为 3.4 µg·m−3 和 176.4 µg·m−3。空气质量为“良”, BC 质量浓度日变化有 明显峰值; 空气质量为“ 轻度污染”时, BC 质量浓度日变化呈“双峰双谷”型; 当空气质量为“中度和重度污染”时, BC 质 量浓度呈现白天低夜间高的变化趋势。研究结果还发现东南和东北风向对 BC 影响较大。在静风和非静风条件下, 当 空气质量为“良、轻度、中度和重度污染”时, BC 质量浓度分别为 1.9 µg·m−3 和 1.5 µg·m−3、 2.4 µg·m−3 和 2.2 µg·m−3、 3.5 µg·m−3 和 3.0 µg·m−3、 3.7 µg·m−3 和 3.3 µg·m−3, 表明污染越重 BC 浓度越大, 静风条件下, 污染物易累积。进一步 的后向轨迹聚类分析表明, 来自宝鸡东部的气团以及秦岭的阻挡效应对宝鸡 BC 的浓度影响较大。     

生物凝聚粒子远红外波段消光特性

针对生物材料FANS 233D,采用显微红外光谱仪测定了材料在2.5~15 m波段的反射光谱,结合Kramers-Kronig （K-K）关系计算了生物材料8~14 m波段的复折射率。利用团簇-团簇模型模拟了不同分形维数的生物凝聚粒子的空间结构,通过离散偶极子近似法计算了具有分形特征的生物凝聚粒子在远红外波段的消光参量,并求出不同条件下生物凝聚粒子的质量消光系数。结果表明:在远红外波段内,相同原始微粒数生物凝聚粒子的分形维数越大,其消光性能越好,当生物凝聚粒子的原始微粒数为50,分形维数为2.00,质量密度为1 120 kg/m3时,质量消光系数最大可达到2.262 m2/g,且凝聚粒子的质量消光系数随着原始微粒半径的增大而缓慢增大。     

光照对柠檬烯臭氧氧化产生二次有机气溶胶的影响

作为一种重要的生物源挥发性有机物,柠檬烯的臭氧氧化是大气环境中二次有机气溶胶(SOA)的重要来源之一.基于实验室烟雾箱模拟系统,研究了紫外光照对柠檬烯臭氧氧化形成SOA的影响.实验分别对无光照(即“暗反应”)和有光照条件下反应前体物的消耗、SOA的质量浓度以及SOA的粒径分布随时间的变化等进行了实时探测,并结合气粒分配模型对产率进行了分析.研究结果表明在相应的实验条件下,紫外光照会导致SOA产率下降10％～16％,而气相氧化阶段相关中间产物或者最终产物的光化学反应可能是导致产率下降的重要原因之一.