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(shí),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(diǎn),搭建了脈沖激光測量煙霧濃度的實(shí)驗(yàn)平臺,對四種典型煙霧的脈沖激光傳輸特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(xué)模型,提出了區(qū)分煙霧類型和計(jì)算煙霧濃度的方法。本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)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(jì)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(jì)算模型。(2)搭建了脈沖激光探測煙霧濃度的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。(3)對四種典型煙霧的散射特性進(jìn)行測試,計(jì)算相對光強(qiáng)比,結(jié)果表明:散射光相對光強(qiáng)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(qiáng)比可以判斷煙霧類型;對四種典型煙霧的透射特性進(jìn)行測試,可以得到煙霧的實(shí)時(shí)光學(xué)濃度。(4)通過理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了煙霧散射和透射特性的蒙特卡羅數(shù)值計(jì)算,得到了脈沖激光在煙霧中的傳輸特性,通過與實(shí)驗(yàn)值對比,二者一致性較好,驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)方案的可行性和實(shí)驗(yàn)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(jì)算煙霧光學(xué)濃度,給出了煙霧光學(xué)濃度和質(zhì)量濃度關(guān)于某一特征參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案,在煙霧類型未知的情況下,只要有兩個(gè)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(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn),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(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(xué)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(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)研究38-61
• 3.1 煙霧濃度測量方案設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(qiáng)分布67-69
• 4.3 典型煙霧傳輸特性理論計(jì)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(jì)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(jì)算與誤差分析72-73
• 4.3.3 櫸木的透射特性理論計(jì)算與誤差分析73-74
• 4.3.4 線香的透射特性理論計(jì)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(xiàn)83-89
• 攻讀學(xué)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