改革开放以来,随着国家经济的迅速发展,能源消耗量不断攀升,产生了大量的废气排放到大气中,形成严重的空气污染。而大气颗粒物,特别是小粒径的颗粒物已经成为大气污染的重要污染源。医学研究发现,颗粒物粒径越小,越能深入人体内部,沉积在肺泡中的概率越大,造成呼吸系统疾病和心脏病的概率越大,所以,加强对气溶胶中颗粒物的粒径检测在现代社会具有更加重要的意义。现在国际上主流的对于颗粒物粒径谱的测量方法主要包括光学方法、空气动力学检测方法和电迁移检测方法。对于光学和空气动力学测量方法,只能测量几百纳米粒径的颗粒物,对于几十甚至几纳米的颗粒物则不能测量,而正是这些小粒径的超细颗粒物对人体造成了严重伤害,所以,本文提出了一种基于电迁移的微电流检测的超细颗粒物粒径谱仪的测量方法,主要围绕以下几个方面展开:(1)小型化超细颗粒物粒径谱仪设计方案的确定。对于超细颗粒物粒径谱的测量,需要经过粒子荷电、粒子分级和粒子浓度测量三个部分,在本文中,确定了使用单极性荷电器、平板DMA和法拉第杯静电计来实现。首先,使用单极性扩散荷电器代替现有的放射性中和器对粒子荷电,因为常见放射性中和器含有放射源,需要资质才能持有且体积较大,不易于小型化集成;使用了平板DMA代替传统圆柱型DMA,因为圆柱型DMA对加工和装配精度要求较高,使用成本大;使用小型化的法拉第杯静电计代替凝结粒子计数器,以保证粒径谱仪内部没有光学器件,降低维护难度,拓宽使用环境。(2)对平板差分电迁移分级器的设计和标定。基于带电粒子的电迁移理论,建立了平板DMA的理论模型并详述了其工作原理和流程。设计并加工装配了一套平板DMA,根据实验室现有仪器,设计了一套超细颗粒物偏转电压的实验方案,对设计的平板DMA进行性能分析并与理论计算得到的偏转电压进行对比。(3)对小型法拉第杯的设计和标定。根据法拉第杯的检测原理,设计了一款小型化的法拉第杯测量模块,详细介绍了法拉第杯的机械结构设计。通过优化法拉第杯结构设计,减小外部噪声和震动对微弱电信号的干扰。根据实验室现有仪器,设计一系列的测试试验用以对法拉第杯的性能进行标定。(4)根据既定的粒径谱仪设计方案,对设计的关键模块进行集成。基于STM32单片机开发了超细颗粒物粒径谱仪硬件电路和控制系统,实现系统中主要参数的控制及监测,包括实时控制气路中气溶胶采样气体和鞘气气流流速,DMA的分级电压及微电流放大器的反馈电压等。通过内部反演,由测量电压计算得到颗粒物浓度,在样机屏幕实时显示测量样气中颗粒物的粒径谱图。完成超细颗粒物粒径谱仪的样机集成后,进行了外场观测试验。