基于菲涅尔透镜浓度测试的基础技术研究

发布时间：2017-10-10 05:05

  本文关键词：基于菲涅尔透镜浓度测试的基础技术研究

  更多相关文章： 测试 粉尘浓度 光透射 光散射 菲涅尔透镜

【摘要】：近年来,我国众多行业在工农业及科学技术飞速进步的带领下也得到了快速发展。这些发展为人们提供了便利舒适的同时还产生了大量的污染物。人们的身体健康以及日常生活因排放在大气中的粉尘颗粒的增多受到了一定的威胁。测量大气中粉尘浓度是实现环境保护与治理重要的一步。生活中常见的粉尘浓度测量仪器大多采用接触式的测量方法。虽然可达到较高的测量精度,但是这些方法的测试周期长。而且测量成本也很高。近几年发展起来的基于光电检测技术的粉尘浓度测量技术,如透射法,散射法等光学测量方法。这些方法具有在线测量等优点,因此也逐渐受到重视,应用越来越广本文基于光学测量法的优点针对透射法和散射法测量精度差的问题,提出基于菲涅尔透镜的散射法与透射法结合的方法对粉尘浓度进行测量。将稳定的入射光照射到待测粉尘区域,粉尘颗粒遇到光后,一部分光能量被吸收,按其原来的传播途径传播,另一部分光则因粉尘颗粒发生散射现象,偏离了原来的传播方向。本文就是根据粉尘颗粒对光的作用,经光电探测器接受所测信号,通过测量经粉尘作用后透射光的衰减程度或散射光的衰减程度,可间接体现出待测粉尘区域的浓度。仅仅使用光透射法或光散射法测量粉尘浓度,测量的粉尘浓度范围十分有限。当粉尘浓度较高或者较低时并不能精确的测量出粉尘浓度的实际大小。为了进一步改善测量大气环境中粉尘浓度的方法,本文将光散射法与光透射法进行结合。利用菲涅尔透镜,将点光源的光扩散为占有大空间的平行光,照射进粉尘待测区域,经过粉尘作用的光信号,基于光透射法适用的朗伯比尔原理,光散射法适用的Mie散射定律,选择特定的散射角,将所获得的散射信号与透射信号经信号采集传输给上位机后,进行数据处理。实验结果表明本文提出的方法即增大了测量区域面积,又能够实现对粉尘的高精度检测,所采用的基于光散射与透射原理为基础的大气粉尘浓度测量方法对高浓度或者低浓度的粉尘环境的测量结果精确可靠。
【关键词】：测试 粉尘浓度 光透射 光散射 菲涅尔透镜
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X831
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外发展现状10-14
• 1.3 课题的研究目的14
• 1.4 论文主要内容及结构安排14-16
• 2 粉尘浓度测试原理及总体方案16-24
• 2.1 粉尘颗粒在大气中的分布形态16-17
• 2.2 光透射法测量原理17-18
• 2.3 光散射法测量原理18-20
• 2.4 菲涅尔透镜简介及测试原理20-21
• 2.5 粉尘浓度测量系统总体方案设计21-23
• 2.6 本章小结23-24
• 3 粉尘浓度检测模型设计与分析24-34
• 3.1 光透射理论与模型分析24-25
• 3.2 光散射理论与模型分析25-31
• 3.2.1 光散射理论26-28
• 3.2.2 光散射法模型分析28-31
• 3.3 菲涅尔透镜模型分析31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 粉尘浓度检测系统设计34-56
• 4.1 光源发射装置设计34-45
• 4.1.1 光源选型及发射特性分析34-41
• 4.1.2 菲涅尔透镜选型与特性分析41-45
• 4.2 光电探测装置设计45-53
• 4.2.1 光电探测器选型及特性分析45-50
• 4.2.2 探测电路设计50-52
• 4.2.3 信号采集电路设计52-53
• 4.3 数据处理算法设计53-55
• 4.3.1 数据处理53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 实验及数据处理56-66
• 5.1 粉尘浓度检测系统结构56-57
• 5.2 光透射法测量粉尘浓度57-59
• 5.3 光散射法测量粉尘浓度59-64
• 5.4 比值法测量粉尘浓度结果64
• 5.5 实验结果分析64-65
• 5.6 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-67
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
• 致谢71-73

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本文编号：1004464