本文關(guān)鍵詞：全散射法PM2.5粒徑分布檢測(cè)技術(shù)研究

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【摘要】：目前,PM2.5是我國大多城市所面臨的首要環(huán)境問題,其直接影響到人類身體健康以及大氣的能見度,因此研究PM2.5的濃度以及粒徑分布情況對(duì)各類呼吸道疾病的預(yù)防和環(huán)境治理等方面都有積極作用。各種PM2.5檢測(cè)方法中,光全散射法因其適用性廣、精度高、測(cè)量裝置簡(jiǎn)便且具有非接觸性等特性而成為在線檢測(cè)PM2.5的方法之一。本文根據(jù)光全散射法的原理,從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)計(jì)算、反演算法及實(shí)驗(yàn)分析三方面對(duì)PM2.5粒徑分布進(jìn)行了研究。主要完成以下幾方面的研究工作:(1)介紹了Mie散射理論、比爾-朗伯消光定理及其數(shù)學(xué)模型,利用后向遞推法求解消光系數(shù),模擬仿真了同種顆粒在不同波長下的消光系數(shù),并推導(dǎo)了基于Mie散射理論的光全散射法求解顆粒粒徑分布的數(shù)學(xué)模型,分析了該數(shù)學(xué)模型的病態(tài)性。(2)在獨(dú)立模式算法方面,根據(jù)直接法計(jì)算速度快,但精度低的特點(diǎn);以及迭代法具有高精度、穩(wěn)定性好,但對(duì)初值和噪聲敏感的特點(diǎn)。提出了直接法與迭代法相結(jié)合的改進(jìn)算法,從而實(shí)現(xiàn)了兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)相互彌補(bǔ)的效果,提高了反演精度和效率;在非獨(dú)立模式方面,針對(duì)傳統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)反演所得的特征參數(shù)的精度和穩(wěn)定性較差,引入了Tikhonov平滑泛函用于最小化問題的目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建,其實(shí)質(zhì)是通過調(diào)節(jié)平滑約束以獲得待求函數(shù)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的最佳折衷,然后利用遺傳算法和人工魚群算法對(duì)該目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行反演計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在綜合考慮重建精度和重建時(shí)間的條件下,基于Tikhonov平滑泛函的目標(biāo)函數(shù)具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。(3)采用獨(dú)立模式下改進(jìn)的Chahine迭代算法對(duì)單峰R-R分布的顆粒系在紫外、紫外-可見和紫外-可見-近紅外三個(gè)波段進(jìn)行了反演,通過分析確定了在這三個(gè)波段內(nèi)的最佳的顆粒粒徑測(cè)量范圍。(4)在理論分析和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,利用國家標(biāo)準(zhǔn)PM2.5聚苯乙烯顆粒將所提出的算法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于Tikhonov平滑泛函目標(biāo)函數(shù)的遺傳算法和人工魚群算法反演所得的特征粒徑D50的相對(duì)誤差小于經(jīng)NNPT直接法預(yù)處理的Chahine迭代法、LMS迭代法反演所得到的相對(duì)誤差,更適合快速準(zhǔn)確的顆粒粒徑現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。
【關(guān)鍵詞】：光全散射 Mie理論 粒徑分布 反演算法 Tikhonov平滑泛函
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X513;X831
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 緒論14-23
• 1.1 課題研究的背景及意義14-15
• 1.1.1 PM2.5 的定義和來源14
• 1.1.2 PM2.5 的影響14-15
• 1.2 顆粒測(cè)量的主要方法15-19
• 1.3 全散射法顆粒粒徑測(cè)量方法的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 國外發(fā)展?fàn)顩r19-20
• 1.3.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r20-21
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容和意義21
• 1.5 本文的創(chuàng)新點(diǎn)21-23
• 2 基于Mie散射理論的光全散射法球形顆粒粒徑檢測(cè)原理23-31
• 2.1 Mie散射理論23-25
• 2.2 Mie散射理論相關(guān)計(jì)算25-27
• 2.2.1 Mie散射系數(shù)的計(jì)算25-26
• 2.2.2 散射系數(shù)與消光系數(shù)的計(jì)算26-27
• 2.3 光全散射法的測(cè)量原理27-30
• 2.4 本章小節(jié)30-31
• 3 獨(dú)立模式算法的仿真與分析31-42
• 3.1 獨(dú)立模式算法31-34
• 3.1.1 幾種基本迭代算法的原理31-33
• 3.1.2 獨(dú)立模式算法的改進(jìn)33-34
• 3.2 數(shù)值模擬仿真與分析34-41
• 3.2.1 獨(dú)立模式Chahine迭代算法的模擬仿真34-38
• 3.2.2 獨(dú)立模式LMS迭代算法的模擬仿真38-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 4 非獨(dú)立模式算法的仿真與分析42-58
• 4.1 非獨(dú)立模式算法42-44
• 4.1.1 常見的幾種顆粒粒度分布函數(shù)42-43
• 4.1.2 Tikhonov平滑泛函用于非獨(dú)立模式算法的目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建43-44
• 4.2 遺傳群算法仿真及分析44-49
• 4.3 人工魚群算法仿真及分析49-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 5 最佳顆粒粒徑范圍的研究58-68
• 5.1 影響消光系數(shù)矩陣的因素分析58-61
• 5.1.1 粒徑劃分方式分析58-59
• 5.1.2 波長選取方式及個(gè)數(shù)分析59-60
• 5.1.3 波長選取個(gè)數(shù)對(duì)反演算法的影響60-61
• 5.2 不同波長范圍內(nèi)的顆粒粒徑測(cè)量范圍61-66
• 5.3 本章小結(jié)66-68
• 6 光全散射法的實(shí)驗(yàn)研究68-79
• 6.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和原理68-70
• 6.2 標(biāo)準(zhǔn)顆粒的檢測(cè)結(jié)果及分析70-78
• 6.2.1 獨(dú)立模式算法的反演結(jié)果72-76
• 6.2.2 非獨(dú)立模式算法的反演結(jié)果76-78
• 6.3 本章小結(jié)78-79
• 7 總結(jié)與展望79-81
• 7.1 本文研究總結(jié)79-80
• 7.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 作者簡(jiǎn)介86

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本文編號(hào)：999695