基于積分響應(yīng)模型的差分電遷移分析儀設(shè)計及數(shù)據(jù)分析方法研究.pdf

1、氣溶膠污染是中國面臨的主要環(huán)境問題之一，其對大氣能見度，氣候變化和人體健康具有重要影響。氣溶膠粒徑跨越多個量級，其粒徑數(shù)濃度分布是氣溶膠的重要特征，決定了氣溶膠物理化學(xué)特性、環(huán)境和健康效應(yīng)。因此，對氣溶膠粒徑和數(shù)濃度的準確測量具有重要意義。差分電遷移分析儀(Differential Mobility Analyzer，DMA)是研究亞微米級顆粒物的標準分級工具，其分級性能可由傳遞函數(shù)進行表征，通過建DMA傳遞函數(shù)和積分響應(yīng)模型，可有效地

2、模擬和分析DMA分級性能及輸入輸出響應(yīng)。
　　(1)本研究通過建立傳遞函數(shù)模型，演算得到了其高階矩及粒徑相對寬度（S[Dp]/E[Dp]]）的高階表達式;研究了擴散系數(shù)、樣氣流速、鞘氣和樣氣流速比例等關(guān)鍵參數(shù)對傳遞函數(shù)的影響，結(jié)果表明提高氣流流速可以改善DMA的分級性能，而鞘氣和樣氣流速比例過大會降低其傳輸效率，過小則會影響分辨率，流速比例可以設(shè)定為5～25。盡管輸入氣溶膠粒徑分布譜會對輸出譜型造成擾動，DMA傳遞函數(shù)是分級輸出譜

3、型主要影響因素。
　　(2)建立了DMA積分響應(yīng)模型，該模型能夠根據(jù)輸入的氣溶膠粒徑數(shù)濃度分布譜輸出電壓數(shù)濃度譜。研究了DMA數(shù)據(jù)反演方法，包括建立電壓粒徑對照表的粒徑反演方法和基于對數(shù)正態(tài)近似式的數(shù)濃度反演方法，并將該方法運用到對DMA輸出數(shù)據(jù)的處理。
　　(3)基于傳遞函數(shù)和積分響應(yīng)模型，設(shè)置了DMA的樣氣流速、鞘氣和樣氣流速比例等關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)計了DMA外圍控制電路包括樣氣控制電路、鞘氣控制電路、內(nèi)圓柱高壓控制電路和數(shù)據(jù)

4、處理電路。搭建了該DMA實驗平臺，主要從模型驗證DMA分級測量性能包括粒徑精度、產(chǎn)生單分散氣溶膠離散程度和譜型測量等展開實驗。實驗結(jié)果表明積分響應(yīng)模型理論計算多分散粒徑數(shù)濃度譜函數(shù)獲得的電壓粒子數(shù)濃度總體較實驗測量結(jié)果更低，但具有較好的相關(guān)性，相關(guān)指數(shù)R2為0.98。說明該模型能夠較好地仿真DMA的分級性能。該DMA測量粒徑和預(yù)測粒徑具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2為0.99，相對誤差在5.0％以內(nèi)，此外，其輸出的單分散粒徑分布譜的離散程