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扬尘是大气细颗粒物的重要来源,对其进行实时在线监测有利于实现扬尘污染的有效防控。目前,有多种扬尘在线监测方法,其中光散射法具有实时性强、自动化程度高、成本低等优点,实际应用较多。但是,光散射法也会受到多种因素的影响,如颗粒物形状、粒径分布、化学组份和环境湿度等,而且光学镜片易受到颗粒物污染从而降低了测量系统的准确性和稳定性。基于上述现状,对光散射法测量扬尘质量浓度进行了如下研究:1.基于MIE散射理论,建立了群粒子前向光散射法测量扬尘质量浓度的理论模型,系统性模拟分析了测量系统关键参数、颗粒物折射率、外界环境湿度等对散射光强的影响。结果表明,粒径的增加会导致散射光强越趋近于前向分布;颗粒物的折射率会影响散射光强的分布,其中折射率实部的影响大于虚部;外界环境湿度会影响颗粒物粒径和折射率,因此系统设计时应考虑降低环境湿度的干扰。2.提出采用基于激光方波调制、循环气流保护、STM32单片机控制的前向光散射法扬尘测量方案,并完成了样机研制。采用1 Hz占空比为50%方波调制激光二极管;使用PIN型光电二极管和高精度运放搭建了光电转换电路,系统8小时噪声小于2 mV;通过PWM调制和PID算法稳定控制一路采样气流和两路吹扫气流,气体流速半小时内最高误差小于0.03 L/min,吹扫气流保护镜片免受污染;设计了以STM32单片机为核心的信号处理与模块控制模块,实现了系统的稳定运行;设计了加热除湿电路降低环境湿度的干扰;最后,完成了下位机程序的编写和上位机的设计,以及信号的输出与采集,时间分辨率为1 s,满足了扬尘实时在线测量需求。3.完成了实验室和外场测试实验与数据分析。实验室测试结果表明,该仪器与国外同类型仪器(Met One;ES-642)对比的统计相关性较高相关系数可达到0.95以上;通过外场实验与β射线法颗粒物监测仪(蓝盾光电子;LGH-01B)对比,10天比对结果的相关系数为0.78,可实现扬尘质量浓度的准确稳定测量。