大气颗粒物污染已经成为环境污染的重要因素,各地政府和环保部门不断投入大量的人力、财力、物力治理和预防颗粒物污染,并且提出了网格化管理的思想。针对网格化管理思想面临的环境监测设备价格高昂的挑战,本文提出了研制基于激光散射原理的小型化、低成本、实时性高的大气颗粒物测量仪器的目标,设计了基于角散射原理的大气颗粒物质量浓度监测系统,对基于角散射原理的粉尘传感器的数学模型和标定方法进行了研究,主要内容包括(1)设计基于角散射原理的粉尘传感器。根据Mie散射理论,通过分析不同原理的光散射结构粉尘传感器的原理、应用场合以及优缺点,采用了角散射结构的技术方案,完成了粉尘的系统设计。包括采光结构、信号处理与计算以及流量控制与检测的设计和实施。(2)完成粉尘传感器数学模型和标定方法两项关键技术的设计。分析波长、折射率和散射角对散射光的强度的影响,确定系统的采光方式以及采光角;分析粒径对散射光的影响,结合采光方式,得出了光通量F和颗粒物直径D的关系;结合F~D曲线和采光结构,提出了粉尘传感器的数据处理和计算方法。根据粉尘传感器的应用场合和数学模型提出了标定需求。设计标定的工装和标定软件;完成了粉尘传感器零点标定、粒径电压标定和一致性标定。(3)通过对粉尘传感器的室外实验和数据评价,验证了其作为环境污染网格化工程中颗粒物监测仪器的可行性。搭建实验数据服务平台,完成了室外现场PM10质量浓度的在线实时测量;从精度和一致性两个方面进行了对传感器的评价。在精度方面,当PM10的浓度为0-70μg/m~3时,最大测量误差为7μg/m~3,此时得相对误差为10%;当PM10的浓度为225μg/m~3时,最大误差为-33μg/m~3,相对误差为14.67%;一致性方面,5台设备两两之间的Pearson相关性为0.970,相关性较高。从现有的实验数据来看,传感器的性能指标满足设计的需求,可用于本文开始提出的大气颗粒物监测的网格化工程。