基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法

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1、基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法摘要：提出了一种基于激光差分探测技术的悬浮物质量浓度测量方法，用于测量烟雾、粉尘等空气悬浮颗粒的含量。利用悬浮颗粒对光的散射，可以在不影响悬浮物颗粒特性的前提下，对其实现实时在线监测。另外，借助于参考光与测试光的直接差分放大，可以消除激光能量起伏以及其他扰动对测量的干扰。通过对激光在悬浮物颗粒中传播时衰减原理的研究，获取悬浮物颗粒质量浓度与光强衰减的关系，搭建了一套激光差分探测悬浮物质量浓度的实验系统，进行烟雾质量浓度的实际测量，验证了该测量方法的可行性。关键

2、词：悬浮物；差分探测；光散射分类号：TN249文献标志码：Adoi:10.3969/j.issn.10055630.2015.06.004Abstract:Amethodbasedonlaserdifferencedetectionformeasuringsuspendedmatterconcentrationisintroducedinthepaper.Itcanbeusedfortheconcentrationmeasurementofsuspendedparticlessuchassmog,dus

3、tandotheraerosols.Basedonthelightscatteringeffectofthesuspendedparticles,realtimemonitoringofthesuspendedparticleswithoutchangingtheirpropertiescanbeachieved.Bymeansofadirectamplificationofthedifferentialsignalofthetestandreferencelight,fluctuationsofthe

4、laserenergycanbereduced.Themeasuringprinciplesandmethodsarepresentedindetail.Throughthestudyofthelightdecayingmechanismduringlaserpropagatinginthesuspendedparticles,therelationshipbetweenthesuspendedmatterconcentrationandlightintensityattenuationisdeduce

5、d.Wealsobuildalaserdifferentialdetectionsystemforthemeasurementofthesuspendedmatterconcentration.Bymeasuringthesmogofknownconcentration,practicalfeasibilityofthemeasurementmethodisverified.Keywords:suspendedmatter；differencedetection；lightscattering引言随着工

6、农业的发展，大气中悬浮物的污染越来越严重，极度危害着大气环境质量和人类健康。因此，悬浮物质量浓度的测量在环境保护、工业生产和科学研究等领域有着十分重要的意义［1］。目前，国内外对于粉尘质量浓度检测技术的研究越来越重视，经过对悬浮物质量浓度检测技术的多年研究，可将其质量浓度的检测方法分为两大类：非光学分析法和光学分析法。其中非光学分析法主要有黑度法、超声波技术、气敏法、热催化法等；光学分析法主要有光干涉法、差分吸收光谱技术、可调谐激光二极管激光吸收光谱技术和拉曼散射激光雷达技术等［2］。非光学分析法已经在

7、这一领域得到了广泛的应用，但由于检测设备响应速度慢，处理复杂，难于对悬浮物浓度进行实时监测，也无法进行遥感监测，其应用范围受到限制。相比较于非光学分析法，基于光学分析的气体浓度检测技术具有探测灵敏度高、选择性强、可探测的气体种类多、响应速度快等特点，适合现场实时监测，成本较低，必将成为未来悬浮物质量浓度检测的理想工具。光干涉法是利用光的折射率与被测气体的含量来检测气体体积分数，测量环境，如温度、湿度、压力等会对测量结果产生较大影响。差分吸收光谱技术是根据大气中衡量气体成分在紫外和可见光谱波段的特征吸收性

8、质来反演其种类和质量浓度［34］。差分技术可消除大气湍流对信号的影响，不同污染物之间的干扰和湿度、气溶胶的干扰，能够满足连续监测的要求，但是该方法要根据吸收光谱的变化快慢对光谱进行分解，只适用于具有窄带吸收结构的气体，对不同的气体监测需要安装不同的光程和接收装置，操作过于复杂［5］。可调谐激光二极管激光吸收光谱技术是最近发展起来的一种高灵敏、高分辨率的大气衡量气体吸收光谱检测技术，但是该方法调谐范E有限，限制了可探测的气体种类。拉曼散射激光