典型火灾烟雾及大气气溶胶颗粒光散射矩阵角度分布规律研究

发布时间：2021-04-23 21:58

　　在火灾探测技术领域,火灾烟雾和非火灾干扰颗粒的识别有助于降低基于光散射的感烟探测器的误报率,使其在不影响正常生产生活的前提下对真实火灾进行报警。在大气气溶胶监测领域,基于光散射特性差异进行气溶胶颗粒类型识别有助于更精确地评估气候效应和健康效应。不同类型颗粒的粒径分布、微观形貌、折射率及化学成分等基本特性往往具有显著的差异,导致其光散射特性也各不相同。深入研究不同类型颗粒的光散射特征规律对于有效识别典型火灾烟雾和各类大气气溶胶颗粒具有重要意义,因此颗粒光散射特性研究成为近年来的研究热点之一。相较于散射光强分布,光散射矩阵能够提供更加丰富的颗粒散射特征信息,可为颗粒类型的识别提供更新的理论和技术支撑。目前,虽然已有针对多种颗粒光散射矩阵的测量及模拟研究,但是水泥粉尘、东亚沙尘及黑碳颗粒光散射矩阵的角度分布规律尚需进一步研究,并且基于光散射矩阵的多种气溶胶颗粒类型识别方法尚需进一步论证。因此,本文进行典型的火灾烟雾颗粒（黑碳颗粒）及大气气溶胶颗粒（粉尘颗粒）光散射矩阵各非零矩阵元素的角度分布规律及其用于识别颗粒类型的可行性研究,具体工作为:（1）改进并验证颗粒光散射矩阵实验测量系统。在课题组... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语
第1章 绪论
    1.1 颗粒类型识别及其重要意义
        1.1.1 火灾烟雾探测及干扰颗粒区分
        1.1.2 大气气溶胶及其分类
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 颗粒光散射矩阵元素实验测量
        1.2.2 颗粒光散射矩阵数值模拟
        1.2.3 基于光散射矩阵元素的颗粒识别方法
        1.2.4 光散射矩阵研究中存在的问题
    1.3 研究目标及内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容与技术路线
    1.4 章节安排
    参考文献
第2章 颗粒理化特征及光散射
    2.1 气溶胶颗粒理化特征
        2.1.1 微观形貌与折射率
        2.1.2 粒径及其分布
    2.2 颗粒光散射基本原理
        2.2.1 颗粒光散射过程概述
        2.2.2 偏振光及Stokes向量
        2.2.3 光散射矩阵及积分光学特性
    2.3 颗粒光学特性数值计算方法
        2.3.1 Lorenz-Mie理论
        2.3.2 T矩阵
        2.3.3 离散偶极子近似
        2.3.4 几何光学近似
    2.4 本章小结
    参考文献
第3章 多角度光散射矩阵测量系统改进
    3.1 光散射矩阵测量原理与系统
        3.1.1 测量原理及改进方案
        3.1.2 光学系统
        3.1.3 信号检测系统
        3.1.4 数据采集系统
    3.2 光学系统的矩阵传递方程
    3.3 测量系统调试
        3.3.1 散射平面调整
        3.3.2 光学元件光轴取向角与电光调制器输入电压调试
    3.4 实验及数据处理方法
    3.5 水雾滴光散射矩阵测量及测量系统验证
    3.6 测量系统后向散射角覆盖范围的扩展
    3.7 本章小结
    参考文献
第4章 粉尘颗粒光散射矩阵实验研究
    4.1 典型人为源水泥粉尘光散射矩阵测量
        4.1.1 水泥粉尘研究必要性
        4.1.2 水泥粉尘样品的理化特性
        4.1.3 粉尘气溶胶的生成方式
        4.1.4 水泥粉尘的光散射矩阵
    4.2 自然源黄土粉尘光散射矩阵测量
        4.2.1 黄土粉尘及其长距离传输
        4.2.2 细黄土粉尘样品的理化特性
        4.2.3 细黄土粉尘的光散射矩阵
    4.3 粒径对黄土粉尘光散射矩阵的影响
        4.3.1 不同粒径黄土粉尘理化特性
        4.3.2 不同粒径黄土粉尘的光散射矩阵及差异原因分析
        4.3.3 黄土粉尘的平均散射矩阵
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 黑碳颗粒光散射矩阵研究
    5.1 黑碳颗粒及其光学性质模拟
    5.2 黑碳颗粒的粒径及形态特征
    5.3 黑碳颗粒光散射矩阵测量
    5.4 理想分形颗粒模型模拟黑碳散射矩阵的适用性
        5.4.1 理想分形颗粒模型及其形态与光学参数
        5.4.2 理想分形颗粒模型对黑碳散射矩阵的复现效果
    5.5 本章小结
    参考文献
第6章 基于光散射矩阵元素的不同类型颗粒识别判据
    6.1 532nm波段下的颗粒识别
    6.2 405nm波段下的颗粒识别
    6.3 本章小结
    参考文献
第7章 工作总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 本文创新点
    7.3 研究展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]火灾烟雾颗粒532nm光散射矩阵实验研究[J]. 张启兴,李耀东,邓小玖,张永明.  物理学报. 2011(08)

博士论文
[1]东亚区域长距离传输条件下气溶胶单颗粒的老化特性研究[D]. 徐亮.山东大学 2019
[2]典型纳米颗粒及燃烧源PM2.5的生物安全性研究[D]. 荣蕊.中国科学技术大学 2019
[3]基于双波长的多参数火灾探测方法研究[D]. 邓田.华中科技大学 2017
[4]沙尘和混合型沙尘气溶胶的大气遥感[D]. 田鹏飞.兰州大学 2017
[5]低压条件下正庚烷油池火产烟特性与烟粒子散射特性研究[D]. 杨慎林.中国科学技术大学 2016
[6]燃煤排放PM2.5单颗粒特征及其在大气环境中的变化[D]. 赵承美.中国矿业大学(北京) 2016
[7]火灾烟雾颗粒散射矩阵模拟测量与粒径折射率反演研究[D]. 张启兴.中国科学技术大学 2011
[8]火灾烟颗粒偏振光散射特征的研究[D]. 乔利锋.中国科学技术大学 2008
[9]火灾烟颗粒光散射模型的研究[D]. 谢启源.中国科学技术大学 2006

硕士论文
[1]气溶胶单粒子的偏振光散射特性研究[D]. 陈旭.中国科学技术大学 2018



本文编号：3156116