光散射原理的大气PM_(2.5)小型传感器监测性能评估研究

随着大气污染治理的不断深入,精细化、精准化和智能化的环境管理需求不断增加,迫切需要在特定区域开展高密度的监测,以弥补现有传统监测的不足.在此背景下,PM_(2.5)传感器监测方法在国内迅速发展,为研究光散射原理的大气PM_(2.5)小型传感器监测性能,于2018年7月—2019年7月在北京市建立了比对测试平台,对不同原理、不同品牌的PM_(2.5)传感器设备进行为期1年的测试与分析.结果表明:(1)激光粒子计数法PM_(2.5)传感器性能优于红外法PM_(2.5)传感器,激光粒子计数法PM_(2.5)传感器设备与自动标准设备比对的相关系数(R^(2))均大于0.45,红外法PM_(2.5)传感器设备与自动标准设备比对的R^(2)均小于0.40.采用激光粒子计数法的工业级PM_(2.5)传感器数据有效率均在95%以上,更适用于业务化PM_(2.5)监测.(2)多数激光粒子计数法的工业级传感器设备与标准设备有较好的一致性[R^(2)大于0.70,标准偏差(SD)小于10μg/m^(3),变异系数(CV)小于15%],且同品牌同型号PM_(2.5)传感器设备之间的比对结果[R^(2)高于0.97,均方根误差(RMSE)低于6.0μg/m^(3)]优于不同品牌传感器设备之间的比对结果(R^(2)范围为0.67~0.79,RMSE范围为14.1~23.1μg/m^(3)).(3)相对湿度对PM_(2.5)传感器监测值影响较大,随着环境相对湿度的升高,PM_(2.5)传感器设备与自动标准设备测定结果的绝对误差(Ea)呈增加趋势,在高相对湿度区间各品牌传感器设备中位数的Ea均大于19μg/m^(3).(4)受颗粒物化学组成和环境等多种因素的共同影响,在不同污染场景下传感器设备监测结果与标准设备的监测结果最大相对偏差范围为-22.7%~67.0%.(5)传感器设备运行的稳定期一般为6个月,在PM_(2.5)传感器设备业务化应用时,需根据本地化的性能评估结果,建立适合的质控校准体系并定期开展质控工作.研究显示,激光粒子计数法PM_(2.5)传感器适用于开展大规模、高密度的网格化监测,但数据质量较标准设备存在一定差距,未来可通过硬件和质控算法等持续优化研究,使数据质量满足环境管理需求.

基于激光散射原理气溶胶浓度检测仪研制

为实现大气环境中气溶胶浓度的高精度实时在线监测,基于激光散射原理提出一种气溶胶浓度实时检测的方法,并利用STM32单片机设计了一种气溶胶浓度检测系统。通过检测某时间段恒定流量下气溶胶粒子散射到光探测器敏感面的光脉冲幅度分布,反演该时段的气溶胶浓度,并利用串口将浓度结果发送到显示屏显示。实验表明:系统对气溶胶浓度的检测具有精度高、响应快、重复性好、成本低廉等特点,为大气环境中的气溶胶浓度实时在线检测提供了有效解决方案。

基于多重光散射原理的原油乳状液稳定性研究

为探讨地层水中常见电解质类型对原油乳状液稳定性的影响,多角度分析了不同电解质(Mg^(2+)、Ca^(2+)、Na^(+))作用下乳状液的变化规律与机理。基于多重光散射实验研究乳状液的光谱变化特征和失稳规律,通过浓度和粒径实验分析乳状液失稳过程中液滴的迁移和生长变化特征,并以Zeta电位实验分析了乳状液液滴之间聚结的原因,最后结合DLVO理论探讨了乳状液失稳机理。研究发现:电解质促进乳状液由W/O/W型转相为O/W型乳状液而失稳。添加电解质后原油乳状液浓度下降加快,粒径增加,油滴之间絮凝和聚结作用增强。Mg^(2+)、Ca^(2+)、Na^(+)对乳状液的稳定性影响强度依次减弱,表现为对浓度、粒径和Zeta电位的作用效果依次降低。阳离子在原油液滴的表面吸附使液滴表面电荷密度和水化层厚度降低,液滴之间的范德华力增加,静电斥力减小,导致液滴相互碰撞和聚结的几率增加,乳状液失稳。

拉曼散射原理及其在光合作用研究中的应用

绿色植物吸收阳光的能量，同化二氧化碳和水，制造有机物并释放氧的过程，称为光合作用(Photosynthesis)。光合作用所产生的有机物质主要是糖类，储藏着能量。光合作用的过程，可以用下式表示：

微量振荡天平法与激光散射单粒子法在气溶胶观测中的对比试验研究

观测气溶胶质量浓度的仪器基于多种不同的测量原理，为比对不同仪器观测结果的差异，使用两种仪器TEOM-1405s（微量振荡天平原理）和GRIMM180（激光散射单粒子原理），于2011年11月9日-2013年6月30日在广州番禺大气成分观测站开展PM10／PM22.5/M1的同步比对观测试验。将观测结果配合同期气象要素进行分析，结果表明：GRIMM180的运行稳定性明显好于TEOM1405s，TEOM1405s的错误多由干燥器、夹管阀相关故障引起，出错百分比分别在33％和15％以上，其测值小于GRIMM180的数据占总观测量的53．5％。两种仪器观测气溶胶质量浓度存在一定差异，但两者随时问变化的趋势一致，测量的PM10／eM2.5／PM1的相关系数均高于0．60，两种仪器观测的PM1和PM25的统计拟合斜率接近于1，分别为0．99和1．04，而PM，0为1-31。TEOM1405s统计的平均值、均方差和极大值等均偏大于GRIMM180，特别是PM10的结果明显偏高；而极小值均小于GRIMM180。综合认为PM2.5的一致性相对较好，但在高相对湿度情况下，两仪器观测的PM2.5差异（PM№）绝对值较大，主要集中在风速0～2m／s的静小风期间。结合气象因子分析，推测两种仪器测值的差异成因，一方面可能与TEOM1405s考虑了半挥发性物质的补偿相关，另一方面可能与GRIMM180的除湿模块效果不佳以及气溶胶密度假设与实际差异较大，在高湿度、静小风等气象条件下两种仪器的响应与性能相关。

光学散射法测量大气中PM2.5的浓度

PM2.5是对人们健康构成威胁的空气污染物之一,要做到针对PM2.5的有效治理,就要先进行有效的监测,以确定污染物的浓度情况。本论文根据光的米散射原理,设计并组装了基于激光散射原理对空气中PM2.5浓度进行测量的装置,测量了大气PM2.5的浓度,应用开源开发平台对系统进来数据处理,并对系统测量准确性进行了评估。

CYA300DC型激光后向散射法烟尘分析仪数据质量控制措施研究

CYA300DC型烟尘分析仪采用激光后向散射测试原理，自动、连续地对固定污染源烟气中的烟尘浓度进行测定。本文通过论述分析仪日常运行中影响测量数据质量的因素，提出对应的数据质量控制措施，以保证数据真实有效。

合成孔径雷达散射波干扰研究

随着科学技术的发展,合成孔径雷达越来越受到人们的关注。合成孔径雷达是一种向目标发射电磁波,然后依靠接收到的目标信号而成像的一种有源系统。近年来,人们对合成孔径雷达散射波的干扰研究比较深入,广泛应用于军事。本文就散射波对合成孔径雷达干扰的信号特点和干扰效果进行了具体分析。

基于运动平台的海底混响建模与仿真

混响是主动声呐目标检测的主要干扰,混响的建模与仿真对研究水下信号处理具有重要的意义。以海底混响为研究对象,综合考虑发射信号的波形、海底散射体散射特性以及运动平台带来的多普勒频移等影响因素,提出了一种基于运动平台的海底混响仿真方法。该方法同时结合了散射原理与网络模型,具有明确的物理意义,且其仿真实现方法简单高效。最后,通过分析混响仿真信号的瞬时值、包络的概率分布、频谱特性以及时间相关性,验证了该方法对海底混响仿真的有效性。

基于STM32的激光雾霾检测仪光电系统设计

为了实现对雾霾的快速、高精度在线检测,提出了一种基于激光散射原理的雾霾检测光学与电学系统设计方案.该系统采用红光激光器作为检测光源,环形光电探测器用来接收激光信号.模拟多路复用器选通光电环输出的光电流信号,利用IV转换电路与AD转换电路将信号转换为数字信号,使用串口将信息发送给屏幕,同时提供上位机数据接口实现数据传输.结果表明,该光电系统工作稳定、速度快,可以较好地满足激光雾霾检测仪光电系统的要求.

固定粉尘环境下激光衰减特性分析

为了减少环境对激光传输的干扰，依据Mie散射原理，提出了激光检测法．设计密度可控的密闭试验箱，选择波长为0．65μm的激光光束通过不同浓度粉尘的环境，在分布近似均匀的模拟环境中，设计了传输模型，分析了粉尘环境中激光的传输规律．研究结果表明：当粉尘浓度在100～230 g/m^3之间时激光信号衰减最快，当浓度大于230 g/m^3之间时，激光信号衰减基本保持不变．实验结果的拟合曲线与模型曲线相吻合，验证了激光在不同粉尘浓度中的衰减特性和传输模型的正确性．

彩色动力技术定量研究室壁运动状态

目的:利用彩色动力技术(简称CK)技术,定量分析左室壁收缩运动的正常方式。方法:获取66例健康者的CK图像,选取胸骨旁左室长轴、左室乳头肌水平短轴、心尖四腔图、心尖二腔图切面;采用16节段左室壁分析法;计算心内膜各节段于收缩期各时间百分比内的运动幅度百分比,据此建立收缩运动的幅度-时间方式。结果:心内膜各阶段的幅度-时间收缩方式无显著差异,收缩运动曲线形式一致。结论:CK作为一项新的声学定量技术,在客观分析室壁运动的时间和空间方面具有独特优势,值得对其临床价值进行更深入的研究。

光学测试固体微粒直径的新方法

为满足实时性和精度的要求,对固体微粒直径进行快速、准确测量.文中测试方法利用光学中Mie散射原理和Fraunhofer衍射原理设计了光学测试系统.根据散射光强分布与固体微粒直径的关系,用数学迭代法结合计算机技术对数据进行处理,快速获得固体微粒直径大小.其测量精度可心达到10μm以下.从实验结果表明,实测值与标准值基本符合.与传统测量方法相比较,提高了测量精度,缩短了测量时间,操作更加简例.

基于单幅图像水下三维重建算法

水下三维重建为提高水下潜航器的探测能力等领域具有十分重要的科研意义。本文基于朗伯体反射模型和水介质对光散射原理,将需要多幅图像进行的三维重建简化为水下单幅图像的三维重建。由于单幅图像进行三维重建在理论上是欠定问题,本文建立了条件外部约束,依据深度信息和表面法向的关系完成物体的三维重建。最后与明暗恢复法进行重建的结果对比,证明了本文方法的可行性。

光纤温度传感技术在管道泄漏监测中的应用

文中通过分析油气管道泄漏监测常用方法,并结合油气登陆管道泄漏监测方面的应用案例,在研究基于散射原理的感温光纤的基础上,将分布式光纤温度传感监测系统成功应用于油气登陆管道泄漏监测,经过模拟测试,取得了预期的监测效果。

基于深度学习的盐穴储气库油水界面监测方法

针对传统方法在盐穴储气库油水界面监测应用中监测误差比较大的问题,提出基于深度学习的盐穴储气库油水界面监测方法。根据拉曼光谱散射原理和光子量学原理,利用光纤油水界面测量仪对盐穴储气库油水界面数据进行测量;将获取到的盐穴储气库油水界面动态数据进行处理,确定盐穴储气库油水界面深度数据;利用深度学习算法对盐穴储气库油水界面数据进行深度分析,确定盐穴储气库油水界面状态,以此完成基于深度学习的盐穴储气库油水界面监测。实验证明,设计方法监测误差小于传统方法,基于深度学习的盐穴储气库油水界面监测方法具有良好的可靠性和可行性。

浅谈粉尘浓度传感器对洗煤厂粉尘监控

洗煤厂存在众多高粉尘作业场所,就需要对这些场所的粉尘浓度进行长期的连续的检测。主要介绍了激光散射原理粉尘浓度传感器的工作原理及电路实现。

基于近红外光谱技术的便携式水体浊度检测仪研究

为了快速准确地探测水产养殖中水体浊度,提出了基于近红外光散射/透射综合测量原理,并在此基础上开发了便携式水体浊度光学检测仪。浊度仪使用AT89S52单片机作为控制芯片,由发光单元、探测单元和控制单元组成。其中发光单元包括2组860 nm的LED光源及对应的准直透镜;探测单元包括2个光电传感器;控制单元包括公共的光源驱动电路、两级放大电路和A/D转换电路。对水体浊度检测仪进行了实验室标定试验、性能试验以及现场采样试验和分析。结果表明,该水体浊度检测仪达到了较高测定精度,其标定决定系数R2c为0.994,验证决定系数R2v为0.999,分辨率为0.01 NTU,误差为±2%,达到实用水平。