【摘要】：燃煤電廠產(chǎn)生的大量煙氣是大氣污染的主要原因之一。發(fā)展粉塵顆粒濃度監(jiān)測技術(shù)是解決大氣環(huán)境粉塵污染問題的首要任務之一。目前,現(xiàn)有的粉塵顆粒濃度測量系統(tǒng),往往難以滿足惡劣環(huán)境下在線監(jiān)測要求。本文基于激光消光法原理,結(jié)合CCD相機和光纖成像技術(shù),研發(fā)了一套粉塵濃度在線測量系統(tǒng)。首先,介紹了光散射基本理論,并在此基礎上闡述了Mie散射理論、夫朗禾費衍射理論和全散射理論。根據(jù)全散射法的原理和顆粒粒徑分布函數(shù),采用平均粒徑和平均消光系數(shù),推導出了激光消光法的測量方程。該方法可以直接求解顆粒的質(zhì)量濃度,而且極大地簡化了測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復雜性。其次,結(jié)合激光消光法的測量方程,研制了一套基于CCD和光纖成像的粉塵濃度在線測量系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括電源系統(tǒng)、發(fā)射光路系統(tǒng)、透射光采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及吹風裝置。發(fā)射光路系統(tǒng)由激光器、空間濾波器、準直透鏡和分束鏡組成,實現(xiàn)激光的準直發(fā)射和雜散光的消除,提高入射光束的質(zhì)量。透射光采集系統(tǒng)利用光纖傳像束和CCD相機,實現(xiàn)光信號傳輸和采集功能。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是一套基于MFC框架結(jié)構(gòu)的應用程序,具有實時在線測量粉塵濃度、顯示透射光強度和濃度動態(tài)曲線圖,并具有數(shù)據(jù)存儲等功能。吹風裝置則利用干凈的壓縮空氣清掃光學窗口以及防止煙氣進入測量系統(tǒng)。五個系統(tǒng)高度集成,提高了測量系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性。最后,設計了粉塵發(fā)生裝置,用于測試粉塵濃度在線測量系統(tǒng)的性能。根據(jù)CCD相機的像素位深和激光器的輸出功率,設定了相機最佳工作曝光時間,并分析了測量系統(tǒng)隨機誤差產(chǎn)生的因素。通過粉塵濃度測量結(jié)果與取樣稱重法標定結(jié)果比較,表明：系統(tǒng)的零點漂移的范圍約為--10～10g/m3,在低濃度范圍,在線測量系統(tǒng)測量精度較差；但在中高濃度范圍,系統(tǒng)精度高,且穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r在線測量粉塵濃度值,并且具備很好的靈敏性和穩(wěn)定性。
[Abstract]:A large amount of flue gas produced by coal-fired power plants is one of the main causes of air pollution. The development of dust particle concentration monitoring technology is one of the most important tasks to solve the problem of dust pollution in atmospheric environment. At present, the existing dust particle concentration measurement system is often difficult to meet the requirements of on-line monitoring in harsh environment. Based on the principle of laser extinction, combined with CCD camera and optical fiber imaging technology, an on-line dust concentration measurement system is developed in this paper. Firstly, the basic theory of light scattering is introduced, and the Mie scattering theory, Fraunhofer diffraction theory and total scattering theory are expounded. According to the principle of total scattering method and particle size distribution function, the measurement equation of laser extinction method is derived by using average particle size and average extinction coefficient. This method can directly solve the mass concentration of particles and greatly simplify the complexity of the measurement system. Secondly, an on-line dust concentration measurement system based on CCD and optical fiber imaging is developed based on the measurement equation of laser extinction method. The system includes power supply system, transmission system, data processing system and blowing device. The system consists of a laser, a spatial filter, a collimation lens and a beam splitter, which realizes the collimation of the laser and the elimination of stray light, and improves the quality of the incident beam. The optical signal transmission and acquisition function is realized by using optical fiber image beam and CCD camera in the transmission optical acquisition system. The data processing system is a set of application program based on MFC frame structure. It can measure dust concentration in real time, display the dynamic curve of intensity and concentration of transmitted light, and have the function of data storage and so on. The blowing device uses clean compressed air to clean the optical window and prevent smoke from entering the measurement system. The five systems are highly integrated to improve the anti-interference and stability of the measurement system. Finally, a dust generator is designed to test the performance of the dust concentration measurement system. According to the pixel depth of the CCD camera and the output power of the laser, the optimal exposure time of the camera is set, and the factors causing the random error of the measurement system are analyzed. By comparing the dust concentration measurement results with the sampling and weighing calibration results, it is shown that the range of zero drift of the system is about -10 ~ 10g / m ~ 3, and the measurement accuracy of the on-line measurement system is poor in the low concentration range, but the system accuracy is high in the medium and high concentration range. And stable and reliable. The system can measure dust concentration in real time and has good sensitivity and stability.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X773

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本文編號：2178583