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1、Mie散射論文：基于光散射的塵埃粒子計數(shù)器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)【中文摘要】塵埃粒子計數(shù)器是專門用來測量潔凈環(huán)境空氣中塵埃粒子的數(shù)量和大小,為空氣潔凈度的評價提供依據(jù)。塵埃粒子計數(shù)器作為一種有效的空氣潔凈度監(jiān)測設(shè)備,它在潔凈檢測技術(shù)的應(yīng)用中有著非常重要的地位。為提高塵埃粒子計數(shù)器的性能而對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,有著重大的意義。在分析比較常用的幾種粒子測量技術(shù)后,結(jié)合對塵埃粒子計數(shù)器的研究,本課題提出了新的設(shè)計方案——FPGA+雙MCU控制模式,對塵埃粒子計數(shù)器的硬件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,使整個系統(tǒng)具有測量準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾性能強(qiáng)、體積小等特點(diǎn)。本課題在Mie散射理論基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用相
2、關(guān)算法,基于Matlab編制程序,對Mie散射的特點(diǎn)進(jìn)行分析;利用MiePlot軟件對球形粒子的光散射效應(yīng)進(jìn)行彩色模擬,分析了粒徑、折射率和入射光波長對散射光強(qiáng)度分布的影響,闡述了微粒子測量的理論基礎(chǔ)；分別計算了近前向和直角方向兩種散射光收集形式的光通量,即課題設(shè)計塵埃粒子計數(shù)器的理論依據(jù)。課題還通過Matlab編程計算,對直角方向散射光收集系統(tǒng)的光通量進(jìn)行數(shù)值模擬,得出當(dāng)偏振光入射時,探測器中心與偏振方向兩者的夾角與光通量極值的關(guān)系,為光學(xué)傳感器設(shè)計提供依據(jù)。本課題完成了塵埃粒子計數(shù)器的硬件設(shè)計。主要包括信號調(diào)理電路、FPGA計數(shù)電路、雙MCU控制模塊、存儲器模塊
3、、串口通訊電路、顯示與鍵盤輸入模塊以及電源電路。課題還完成了塵埃粒子計數(shù)器系統(tǒng)軟件設(shè)計,包括基于VHDL的多通道脈沖計數(shù)器設(shè)計以及雙MCU控制部分的軟件設(shè)計,在軟件設(shè)計中增加了UCL計算功能。標(biāo)定結(jié)果表明：該塵埃粒子計數(shù)器的自凈時間、單分散粒子的測量離散度等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)滿足國家檢定標(biāo)準(zhǔn),對于0.54μmPSL粒子具有較高的計數(shù)靈敏度。此外,論文對實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行誤差分析,同時根據(jù)光學(xué)傳感器的技術(shù)參數(shù),對塵埃粒子計數(shù)器測量的顆粒濃度上限進(jìn)行分析與計算。最后對本課題的研究工作進(jìn)行了總結(jié)與展望?！居⑽恼緼irborneparticlecounter(APC)isdes
4、ignedtomeasurethenumberandsizeofairborneparticlesincleanroomfortheevaluationofaircleanlinessbasis.Asaneffectiveaircleanlinessmonitoringequipment,APChasaveryimportantpositionintheapplicationofcleanlinessmeasurementtechnology.ToimprovetheperformanceofAPC,theoptimaldesignofithasgreatsigni
5、ficance.Intheanalysisandcomparisonofseveralparticlemeasurementtechnologycommonlyused,andcombinedwiththeresearchofAPC,anewprogram——FPGA+doubleMCUcontrolmodeisputforward.Theprogramoptimizedthedesignofthehardwareofairborneparticlecounter.Thesystemhasthecharacteristicsofmeasurementaccurate
6、ly,compactcircuitstructure,stronganti-interferenceabilityandsmallvolume.BasedonMie’sscatteringtheory,thesubjectcomprehensivelyusedrelevantalgorithmstoanalyzethecharacteristicsofMie’stheorybyMatlabprogramming.ThisissuesimulatedthelightscatteringcolorfuleffectofsphericalparticlesbaseonMi
7、ePlot,analyzedtheeffectofparticlediameters,indexofrefractionandincidentwavelengthonthescatteredlightintensity,andelaboratedtheoreticalbasisofparticlemeasurement.Thescatteredlightfluxcollectedbynear-forwardandrightanglescatteredlightcollectingformsiscalculatedseparately,andtheresultis
