静电传感器灵敏场有限元仿真研究

静电传感器灵敏场分布不均匀,致使传感器的输出受流型影响,导致较大的测量误差。本文基于点电荷思想建立了圆环状静电传感器的三维静电场数学模型,并应用有限元法进行了数值求解。系统地分析了圆环状静电传感器结构参数(电极的长度、绝缘管段的厚度、屏蔽罩的长度以及半径等),材料特性以及场域介质分布对静电传感器灵敏场分布特性的影响。旨在为实现静电传感器灵敏场的均匀分布和结构优化提供理论依据。

一种新型激光粉尘浓度在线测量仪的研究

本文提出了一种基于光散射原理的粉尘浓度激光测量新方法,该方法无需预先获取粉尘颗粒的平均粒径,可直接测量浓度。基于新方法设计了一套粉尘浓度在线测量仪,测量仪以8031单片机为核心,具有浓度的实时LED显示和数模输出功能,并通过与上位机的串行通信实现浓度数据的后台存储。该仪器具有新颖的光学构造,可在单片机的控制下进行在线标定和在线光路对中,并已用于某钢厂粉尘排放的实时测量,测量结果表明仪器具有良好的灵敏度和可靠性,可满足实时在线测量粉尘浓度的要求。

悬浮颗粒物信号幅度分布提取及信息熵的应用

为精确反演悬浮颗粒物的质量浓度,对颗粒物信号幅度分布的提取进行了研究。提出了线性和非线性分割两种信息提取方法,比较了两种提取方法得到的质量浓度的反演精度和稳定性。实验结果表明,非线性分割法的反演精度稳定较快,即需分割的信号子集数较少;当信号子集数大于32时,两种提取方法的反演精度均达到稳定且趋于一致。通过计算信号幅度分布的信息熵,发现信号子集数相同时非线性分割法提取信息的信息熵明显较大,表明信号幅度分布的信息熵大小决定了质量浓度反演精度的稳定速度。信号幅度分布提取方法的研究为粒子计数器系统的电路设计提供了理论指导。

圆形截面微通道的双一阶彩虹现象研究

基于几何光学理论及Debye理论,研究圆形截面微通道这一双层圆柱产生的双一阶彩虹现象。由于全反射现象,双一阶彩虹并非始终存在,故通过数值模拟,得出内外径比的临界值来判断双一阶彩虹的存在性。当双一阶彩虹存在时,双一阶彩虹中的β彩虹总是可被观察到;α彩虹在某些情况下会因光强较弱而被淹没在以二阶彩虹为主的其他散射结构中。研究发现α彩虹位于二阶彩虹主峰右侧时,其可被观测到。为此分析α彩虹与二阶彩虹两者主峰散射角重叠这一临界情况,进而提出判断α彩虹能否被被观测到的方法。最后,构建实验系统,以充满去离子水的高硼硅玻璃毛细管为对象进行实验研究,通过CCD相机拍摄彩虹图像。结果表明,毛细管内径为550m、外径为600m时,其内外径比大于上述临界值0.7485,故双一阶彩虹存在。但是由上述判断方法得出α彩虹无法被观测到,这一结论与仅能从拍摄图像中获得β彩虹结构的现象相符。

吸收性液滴的彩虹现象

提出了基于彩虹散射光吸收系数的液滴吸收率测量方法.采用基于Mie理论的改进算法进行数值模拟.研究表明,液滴的吸收性不改变彩虹光强波峰及对应频峰的位置,但改变彩虹光强强度,尤其对彩虹表面波结构及Airy结构影响较大,并因此降低了彩虹的可见度.计算发现液滴散射光吸收系数的最大值出现在彩虹区,并随液滴吸收率和粒径的增加稳定在彩虹最大波峰角位置,而且此处的吸收系数与吸收率之间有着线性关系.基于彩虹测量技术具有易检测、易标定的特点,因此有望发展为一种新的液滴吸收系数测量方法.

基于德拜理论的液柱参数彩虹反演算法研究

彩虹技术是一种可同时测量液柱折射率和粒径的实时、非接触方法。建立了定量描述彩虹信号的低频分量与德拜理论(p=2)模拟信号重合程度的目标函数,在此基础上提出一种基于德拜理论(p=2)的液柱参数彩虹技术反演算法。反演算法以经验公式的计算值为初始值,根据目标函数不断寻优获得优化结果,并通过米氏散射理论进一步优化得到反演结果。在折射率变化范围为1.32～1.56、半径变化范围为50～500μm时,进行数值模拟和实验研究。结果表明,半径的相对误差在8%以内,折射率误差绝对值小于5×10-4,半径的测量下限为60μm。

基于彩虹现象的光学测粒技术研究

对基于彩虹现象的光学颗粒测量进行研究,提出了一种新的参数反演模型和算法,可同时测量颗粒的粒径和折射率。新算法基于经验模态分解的去噪技术,并采用一种特征点提取技术和基于Debye理论的反演最优点搜索算法,能较精确的迅速找到反演最优点。数值模拟结果表明,当信噪比降至5 dB时,直径反演最大误差小于10%,折射率反演最大误差小于0.1%。对不同温度下自由下落的水滴进行实验研究,水滴由波长532 nm功率14mW的连续激光源照射,产生的彩虹光线经大口径透镜收集,被位于透镜焦平面的CCD相机接收。实验结果同样表明此测量方法具有较好的精度和可靠性。

煤质硫含量紫外差分吸收测量方法研究

快速准确地测定煤质硫含量,可为企业、环境监督部门提供重要的技术依据。国内外已有多种煤质硫含量分析仪器,但或多或少存在令操作人员不满意的地方。提出一种基于紫外(UV)差分吸收光谱(DOAS)的煤质硫含量测量方法。针对分子数分数测量范围宽、光程短等问题,在传统算法的基础上,提出基于有限脉冲响应(FIR)滤波和四阶多项式非线性补偿的改进DOAS算法。搭建了实验测量系统,对5种标准煤样进行了实验研究。结果表明,测量系统的下限为0.014%,能够去除烟尘和背景气体的影响,降低系统的维护量,单次测量时间在4min左右,测量系统的重复性满足国家标准的要求。