硕 士 学 位 论 文
MASTER DISSERTATION
基于光散射法的颗粒物质量浓度传感器的
研究与开发 The Research and Development of Particulate Mass Concentration Sensor Based on Light Scattering Method
作 者
中国计量学院 二〇一五年三月导 师
学 科 检测技术与自动化装置
The Research and Development of Particulate Mass Concentration Sensor Based on Light Scattering Method By
Shen Hong Yuan
A Dissertation Submitted to China Jiliang University
In partial fulfillment of the requirement
For the degree of Master of Engineering
China Jiliang University
March， 2015
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国计量学院 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日
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签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日
中图分类号 TP23 学校代码 10356 UDC 621 密级 公开
硕 士 学 位 论 文
MASTER DISSERTATION
基于光散射法的颗粒物质量浓度传感器的
研究与开发
The Research and Development of Particulate Mass Concentration Sensor Based on Light Scattering Method
作 者 导 师 教授 申请学位 工学硕士 培养单位 中国计量学院 学科专业 检测技术与自动化装置 研究方向 空气颗粒物浓度检测
二〇一五年三月
I
基于光散射法的颗粒物质量浓度传感器的研究与开发
摘要：快速准确地检测待测气体中颗粒物质量浓度大小具有十分重要的现实意义,而传统上滤膜称重法有很大的局限性，测量消耗时间较长并且不能够进行现场快速测量。本文研究方向为光散射法测量颗粒群质量浓度和传感器研制，主要包括以下几个部分：
第一，理论研究和MATLAB仿真。本文基于等效光学球形颗粒直径理论，对颗粒群的光通量计算公式进行建模，从而得到颗粒群质量浓度与光通量大小的线性理论计算公式。
第二，完成对传感器的光学结构设计。本文通过前面理论研究和查阅相关文献后确定了光源的选型、光敏区的尺寸、光电二级管的选型、光陷阱的设计。最后完成对传感器的制作。
第三，完成微弱信号处理电路的设计。首先对所锁相放大器进行数学建模，然后按照信号处理过程，依次设计并制作前置放大电路、四阶带通滤波器、乘法器和锁相环解调电路以及光源驱动电路，并且对部分电路进行了仿真。
第四，实验数据处理和传感器性能测定。主要完成颗粒发生器测试、温度补偿、传感器的标定。确定质量浓度转换系数K,最小测量浓度，最小有效浓度分辨率，最大测量范围，并进行了绝对误差分析和相对误差分析。
关键词：颗粒物；Mie散射理论；锁相放大器；实验标定 分类号：TP23
II