【摘 要】
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随着工业化的持续推进和人们生活方式的改变,无论是城市还是乡镇,大气污染日益恶化,对社会生产和人们的生活造成了巨大的影响,特别是环境污染物中的悬浮颗粒物含量超标对人体健康已经构成了巨大的威胁。因此,精确、实时的监测大气污染物中悬浮颗粒物的浓度,对于环境污染防治、健康危险预警是十分必要的。光散射法是当前最常用的大气悬浮颗粒物的监测手段,世界上各个国家都在研制基于此方法的监测仪,但是目前应用在研究和民用
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随着工业化的持续推进和人们生活方式的改变,无论是城市还是乡镇,大气污染日益恶化,对社会生产和人们的生活造成了巨大的影响,特别是环境污染物中的悬浮颗粒物含量超标对人体健康已经构成了巨大的威胁。因此,精确、实时的监测大气污染物中悬浮颗粒物的浓度,对于环境污染防治、健康危险预警是十分必要的。光散射法是当前最常用的大气悬浮颗粒物的监测手段,世界上各个国家都在研制基于此方法的监测仪,但是目前应用在研究和民用上的以光散法为基础的PM2.5/10的监测仪主要来源于美国的TSI、德国的Grimm等企业。国内虽然由于近年来对环境污染治理的重视,也涌现出不少研发和生产PM2.5/10监测仪的厂商,但由于起步较晚,与国外同类仪器相比,其测量准确率和稳定性较差,在市场上的份额很少。本文针对国内悬浮颗粒物浓度监测仪的研究现状和实际需求,结合国内外现有的研究成果,基于单颗粒光散射法研制了一套悬浮颗粒物浓度监测仪,并通过与国外仪器和国控站的对比实验验证了所研制监测仪的准确性,具体工作如下:首先,描述了大气中悬浮颗粒物质量浓度监测技术的发展现状,对采样法与非采样法中包含的监测方法的工作机理及优缺点进行了比较,并详细介绍了光散射法在国内外的研究现状。此外,以Mie散射理论为依据,对单颗粒光散射法测定颗粒物质量浓度的基本原理进行了详尽的论述,建立了由悬浮颗粒物数量（Particle Number,PN）向悬浮颗粒物质量（Particle Mass,PM）转化的数学模型。其次,根据理论分析和实际需求,研制了基于光散射原理的传感器,开发了监测仪的软件和硬件,设计加工了监测仪的机械结构。其中,传感器的开发包括光学系统的设计、电路的设计和校准装置的设计。硬件主要包括主控电路、阈值电压设定及比较电路、气泵控制与流量调节电路等。机械结构的设计主要包括监测仪采样结构和传感器结构。最后,在讨论了温湿度对测量结果的影响并基于实验结果设计了一套动态温湿度控制系统后,将传感器、硬件电路、采样结构、动态温湿度控制系统等组装成完整的仪器,通过与基于重量法的仪器ZR-3930B、基于光散射法的德国仪器Grimm EDM180和国家环境质量监控站测量的数据进行对比和分析,结果表明测量数据之间存在着很高的相关性,不存在显著的差别。
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