發(fā)布時間：2017-10-28 17:04

  本文關(guān)鍵詞：脈沖激光測量煙霧濃度的方法研究

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【摘要】：激光在煙霧等氣溶膠中傳輸時,會受到氣溶膠散射和吸收作用的影響,基于激光的這一特點,搭建了脈沖激光測量煙霧濃度的實驗平臺,對四種典型煙霧的脈沖激光傳輸特性進行了實驗研究。以激光傳輸理論為基礎(chǔ),應(yīng)用蒙特卡羅方法建立了脈沖激光在煙霧中傳輸?shù)臄?shù)學模型,提出了區(qū)分煙霧類型和計算煙霧濃度的方法。本文主要進行了以下幾個方面的研究:(1)以Mie散射理論為基礎(chǔ),建立了以光子傳輸模型和煙霧濃度計算模型為核心的脈沖激光在煙霧中傳輸?shù)拿商乜_數(shù)值計算模型。(2)搭建了脈沖激光探測煙霧濃度的實驗系統(tǒng),主要包含脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)、煙霧箱和脈沖激光接收系統(tǒng),采用“一發(fā)四收”的探測方式對四種典型煙霧進行實驗研究。(3)對四種典型煙霧的散射特性進行測試,計算相對光強比,結(jié)果表明:散射光相對光強比與煙霧種類有關(guān),與煙霧濃度無關(guān),在煙霧類型未知的前提下,根據(jù)相對光強比可以判斷煙霧類型;對四種典型煙霧的透射特性進行測試,可以得到煙霧的實時光學濃度。(4)通過理論與實驗相結(jié)合的方法,應(yīng)用MATLAB軟件進行了煙霧散射和透射特性的蒙特卡羅數(shù)值計算,得到了脈沖激光在煙霧中的傳輸特性,通過與實驗值對比,二者一致性較好,驗證了實驗方案的可行性和實驗系統(tǒng)的可靠性。(5)根據(jù)脈沖激光在煙霧中的透射特性,計算煙霧光學濃度,給出了煙霧光學濃度和質(zhì)量濃度關(guān)于某一特征參數(shù)的經(jīng)驗公式。采用脈沖激光多角度探測煙霧濃度,根據(jù)本文提出的實驗方案,在煙霧類型未知的情況下,只要有兩個以上角度匹配,即可判斷煙霧類型和煙霧濃度�；诩す馍⑸錅y量煙霧濃度的方法具有快速、實時等優(yōu)點,為激光探測煙霧的傳輸特性和濃度測量奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：脈沖激光 煙霧 濃度 Mie散射理論 蒙特卡羅
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN249
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 緒論15-23
• 1.1 研究目的和意義15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 激光傳輸理論15-16
• 1.2.2 光學檢測煙霧濃度方法16-18
• 1.3 光檢測法的應(yīng)用18-22
• 1.3.1 醫(yī)療方面研究現(xiàn)狀18
• 1.3.2 火災(zāi)探測方面研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.3 大氣環(huán)境監(jiān)測方面研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 主要研究內(nèi)容22-23
• 第2章 脈沖激光測量煙霧濃度建模23-38
• 2.1 光散射基本理論23-26
• 2.1.1 光散射23-24
• 2.1.2 米氏散射24-26
• 2.2 煙霧顆粒特征參數(shù)26-30
• 2.2.1 煙霧顆粒平均粒徑26-28
• 2.2.2 煙霧顆粒尺寸分布28-29
• 2.2.3 煙霧顆粒濃度表征29-30
• 2.3 脈沖激光測量煙霧濃度的數(shù)值計算模型30-37
• 2.3.1 蒙特卡羅流程31-32
• 2.3.2 光子傳輸模型32-36
• 2.3.3 濃度計算模型36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 脈沖激光測量煙霧濃度的實驗研究38-61
• 3.1 煙霧濃度測量方案設(shè)計38-47
• 3.1.1 脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)38-42
• 3.1.2 煙霧箱42-44
• 3.1.3 脈沖激光接收系統(tǒng)44-47
• 3.2 脈沖激光測量煙霧濃度的實驗方法47-48
• 3.3 脈沖激光在煙霧中的傳輸特性48-56
• 3.3.1 A類煙火藥劑的傳輸特性49-52
• 3.3.2 B類煙火藥劑的傳輸特性52-55
• 3.3.3 櫸木煙霧的傳輸特性55
• 3.3.4 線香煙霧的傳輸特性55-56
• 3.4 脈沖激光測量煙霧濃度試驗結(jié)果56-60
• 3.4.1 A類煙火藥劑煙霧濃度測量結(jié)果56-57
• 3.4.2 B類煙火藥劑煙霧濃度測量結(jié)果57-58
• 3.4.3 櫸木煙霧濃度測量結(jié)果58-59
• 3.4.4 線香煙霧濃度測量結(jié)果59-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 第4章 脈沖激光測量煙霧濃度的方法研究61-81
• 4.1 典型煙霧粒徑分布研究61-66
• 4.1.1 典型煙霧的粒徑測量61-64
• 4.1.2 典型煙霧粒徑分布函數(shù)擬合64-66
• 4.2 煙霧粒徑對激光傳輸性能的影響研究66-69
• 4.2.1 Mie散射效率因子66-67
• 4.2.2 典型煙霧散射光強分布67-69
• 4.3 典型煙霧傳輸特性理論計算和誤差分析69-74
• 4.3.1 A類煙火藥劑的傳輸特性理論計算與誤差分析70-72
• 4.3.2 B類煙火藥劑的傳輸特性理論計算與誤差分析72-73
• 4.3.3 櫸木的透射特性理論計算與誤差分析73-74
• 4.3.4 線香的透射特性理論計算與誤差分析74
• 4.4 典型煙霧濃度研究74-80
• 4.4.1 A類煙火藥劑煙霧濃度74-76
• 4.4.2 B類煙火藥劑煙霧濃度76-77
• 4.4.3 櫸木的煙霧濃度77-78
• 4.4.4 線香的煙霧濃度78-79
• 4.4.5 脈沖激光測量煙霧濃度的方法79-80
• 4.5 本章小結(jié)80-81
• 結(jié)論及展望81-83
• 參考文獻83-89
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單89-90
• 致謝90

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本文編號：1109121