基于多光束模型测量气溶胶颗粒飞行时间方法的研究

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1、基于多光束模型测量气溶胶颗粒飞行时间方法的研究ResearchontheTimeofFlightofAerosolParticlesBasedonMultiple-beamField（国家自然科学基金资助项目：No.61275012）学科专业：光学工程研究生：叶超指导教师：葛宝臻教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我

2、一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要气溶胶颗粒对人类健康、环境、气候等国计民生领域产生重要影响，气溶胶物理化学特性研究和参数

3、的准确测量，在环境监测、空气质量监控、人类健康、生物医学及国防领域具有重要研究价值和意义。本文基于飞行时间法空气动力学粒径测量技术，提出利用多光束照明场测量颗粒飞行时间，并进行了实验研究探索，本文主要工作如下：1、通过对双光束测量飞行时间方法的研究，提出了基于多光束模型测量颗粒飞行时间的方法。基于空气动力学粒径的基本理论以及空气动力学粒径与相对速度的关系，分析了双光束飞行时间测量原理以及多光束飞行时间测量原理。2、根据研究需要，设计了鞘流喷嘴和气路系统，完成了气溶胶颗粒喷射系统的研制，并利用高速摄影机拍摄了鞘流喷嘴喷射颗粒的运动状态，测试鞘流喷嘴工作性能；利用CF

4、D（计算流体动力学）软件模拟计算了鞘流喷嘴喷射颗粒速度。3、根据多光束测量飞行时间原理以及多光束模型参数，搭建气溶胶颗粒飞行时间测量实验系统，包括双光束干涉光路系统、气溶胶颗粒喷射系统、散射光接收系统以及信号采集和处理系统。4、利用所搭建系统，分别进行了2光束、3光束、7光束在83μm、100μm、118μm和197μm间距下的颗粒飞行时间测量实验，并对测量数据进行了分析和讨论，初步结果验证了多光束模型测量飞行时间的可行性。关键词：多光束，飞行时间，双光束干涉，气溶胶颗粒，前向散射万方数据ABSTRACTAerosolparticleshaveasignifica

5、ntimpactonhumanhealth,environmentalpollution,andnationallife.Theaccuratemeasurementofphysicalandchemicalparametersandpropertiesoftheaerosolparticleshaveimportantresearchvalueandsignificanceinenvironmentalmonitoring,airqualitymonitoring,humanhealth,biomedicalandnationaldefensesectors.B

6、asedontimeofflightmeasurementtechnique,themethodofmeasuringparticletimeofflightispresentedwithmulti-beamilluminationfieldandresearchedexperimentally.Inthispaper,themainworkisasfollows:1.Themethodofmeasuringtimeofflightwithmulti-beamisputforwardbystudyingofdual-beammethodtomeasuretimeo

7、fflight.Basedonthetheoryofaerodynamicparticlediameterandtherelationshipbetweenaerodynamicparticlediameterandtherelativevelocity,deducedoublebeamtimeofflightmeasurementprincipleandmulti-beamtimeofflightmeasurementprinciple.2.Accordingtotherequirementofthemeasurement,thenozzlewithsheath

8、flowa