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DOP气溶胶检测仪样机设计与标定

作　者: 王乐
导　师: 尹王保
学　校: 山西大学
专　业: 光学工程
关键词: DOP检测仪近前向光散射 Mie散射高效粒子过滤器
分类号: X851
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 24次
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内容摘要

高效空气粒子过滤器的应用十分广泛,特别是在空气净化、环境监测等领域。如果高效粒子过滤器的安装存在缺陷,例如过滤器本身存在小孔或者安装不严密而形成微缝等,都会影响净化效果。特别是在对空气以及人体可造成危害的颗粒物研究的领域上,高效粒子过滤器的作用更是突出。因此,安装高效粒子过滤器后必须对其进行定期检漏,以防止危害的发生。对高效粒子过滤器的检漏方法有很多,本实验课题主要研究邻苯二甲酸二辛酯法(即DOP法),该检漏方法为测量人工发生的DOP气溶胶在过滤前和过滤后的浓度比,根据比值来确定高效过滤器的透过率。目前国内研究该项目的科研单位还比较少,暂时还没有对成品样机有相关的报导,本实验课题即在小组中已搭建了实验平台,并验证了实验的可行性的基础上,重点对电路部分和标定进行了理论上的研究。为DOP气溶胶检测仪的后期制备做了充分的准备。在DOP气溶胶检测样机的设计中本人所在的科研小组已经做个很多准备工作,确定了样机采用近前向光散射法测量DOP气溶胶浓度的方案,并根据此原理设计出了光学腔室,初步测得了DOP气溶胶的上下游浓度比,验证了实验的可行性。本课题在这基础上推导了近前向光散射法测量的标定方法,初步拟定了标定方案,并设计了由最初的光信号到最终显示出质量浓度的电路部分。实验中的创新之处有：采用白色发光二极管LED做光源,与国外普遍采用的卤素灯光源相比,具有便于调制、体积小、功耗低、寿命长、无须暖灯时间、反应速度快、耐振动、亮度高、成本低等优点,通过实验证明该方法是可行的。本实验设计了独特的电信号处理模块,具有锁放的功能,在电信号经过电路时,能最大限度地滤除掉其中的噪声信号,同时还可以有效地抑制零点漂移,从而显著提高测量灵敏度。本实验对样机的标定以及电路部分的设计多是理论部分的研究,可行性与误差还需在实验中进一步的验证与改进。

全文目录

中文摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章引言  11-18
  1.1 国内外主要的气溶胶研究方法  11-13
  1.2 高效粒子过滤器效率测试方法  13-14
  1.3 常用人工气溶胶的发生机制  14
  1.4 DOP气溶胶测试仪的测量方法  14-16
    1.4.1 取样法测量颗粒物质量浓度  14-16
    1.4.2 非取样法测量颗粒物的质量浓度  16
  1.5 课题主要研究内容  16-18
第二章 Mie散射理论  18-23
  2.1 光散射理论的概念  18
  2.2 Mie散射理论概述  18-23
    2.2.1 Mie散射理论推导  19-21
    2.2.2 Mie散射的特征  21-23
第三章光散射法测量DOP气溶胶浓度的理论分析  23-28
  3.1 DOP气溶胶的物理特性  24
  3.2 DOP气溶胶的粒径分布  24-28
第四章 DOP气溶胶检测仪的设计与检测  28-47
  4.1 DOP气溶胶检测仪的工作原理  28-29
  4.2 光学系统  29-39
    4.2.1 光路系统的设计  29
    4.2.2 光源的选择及其电源模块的设计  29-31
    4.2.3 光学模组的设计及成品制作  31-36
    4.2.4 实验的气路部分  36-39
  4.3 电路部分的设计  39-47
    4.3.1 电路设计的基本原理  39-41
    4.3.2 电信号处理模块的设计  41-42
    4.3.3 单片机处理控制系统的设计  42-47
第五章实验结果及其分析  47-64
  5.1 LED调制频率和幅值的确定  47-50
  5.2 最大灵敏度的确定  50
  5.3 数据采集及其分析  50-59
  5.4 样机标定的理论分析  59-63
    5.4.1 球面散射的光通量计算  59-60
    5.4.2 理论标定  60-63
  5.5 结论与展望  63-64
    5.5.1 文章的主要工作  63
    5.5.2 展望  63-64
参考文献  64-66
致谢  66-67
个人简况及联系方式  67-69

DOP气溶胶检测仪样机设计与标定

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