基于图像透光率的粉尘浓度测量算法研究

为了实时在线监测颗粒物料在装卸和运输过程中所产生粉尘的浓度,提高粉尘浓度测量结果的精确性与可靠性,提出了一种基于图像透光率特征值计算的粉尘浓度测量算法。通过搭建粉尘浓度视觉测量实验平台,采集粉尘图像,再提取粉尘图像的透光率特征,以暗通道理论为基础,结合图像饱和度与亮度信息对粉尘图像透光率值进行计算,并采用多项式拟合的方式建立了粉尘浓度与图像透光率之间的映射关系,实现了粉尘浓度的高效率、高精度测量。研究结果表明:该算法不仅能有效地测量出粉尘浓度,且平均相对误差仅为7.77%,精确度得到有效提高,测量范围更大。     

基于双光路差分测量法的光纤粉尘浓度测量研究

矿井环境粉尘浓度的测量与治理一直是采矿行业安全发展的一项难题。为了实现对井下场所粉尘浓度安全、实时地监测，研究采用内腔式循环系统获得实验粉尘的空间均匀分布，采用双光路光纤差分测量法解决探测窗口表面的落尘问题。以玉米粉为研究对象，注入5种不同粉尘质量，通过计算粉尘质量浓度与衰减系数之间的比例系数，校准获得粉尘质量浓度的测量值，测量结果与理想计算粉尘质量浓度曲线基本吻合。研究发现，双光路光纤差分测量法可有效解决探测器表面的落尘问题，可为矿井环境粉尘浓度光纤监测技术的工程应用提供参考。     

分布式矿井粉尘浓度在线监控系统

为解决矿井中粉尘浓度测量精度低和在线监测难的问题,利用电荷感应原理设计了高精度矿井粉尘浓度传感器,使输出的感应电流与粉尘浓度之间建立了良好的线性关系;采用三级管理结构设计了分布式矿井粉尘浓度在线监控系统,系统主要由粉尘监测节点、风机控制器、数据汇聚基站、监控中心和传输网络组成;粉尘监测节点与数据汇聚基站通过ZigBee网络组成星型结构,定时采集周围环境中的粉尘浓度信息,并发送给数据汇聚基站;数据汇聚基站与监控中心采用C/S架构设计,将接收到的各监测节点数据打包后,通过局域网实时发送到监控中心的服务器上;监控中心接收、处理、分析和显示从各终端发来的数据,并将存入数据库ACCESS2003中;当某区域出现粉尘浓度过高时,会自动发出报警信号,并控制对应的风机加大排风量,使粉尘浓度保持在安全范围;通过测试实验结果表明,设计的粉尘浓度传感器具有较高的测量精度,平均误差仅为2.95%,且粉尘浓度在线监控系统工作稳定可靠。     

工业污染排放中气──固两相流的光学测量

烟尘及各种工业性粉尘排放是典型的气-固两相系．迄今为止，国内外尚缺少有效的监测其排放的手段．本文基于光的散时原理，提出了一种非接触的光学方法，能对上述固体颗粒物的污染排放浓度及粒径大小进行实时、在线的监测。计算机模拟和实验研究表明，该方法具有广阔的工业应用前景。     

悬浮RDX炸药粉尘爆轰的数值模拟

用两相流模型对悬浮RDX炸药粉尘爆轰波进行了数值模拟。RDX炸药颗粒在爆轰波阵面后的高温高速气流中加速并升温,颗粒表面发生熔化。参考液滴在高速气流作用下剥离的效应,假设炸药熔化部分在高速气流的作用下发生剥离,破碎成极小的颗粒,瞬时发生分解反应,释放出能量支持爆轰波传播。数值模拟了在不同粒径和浓度的悬浮RDX炸药粉尘中爆轰波的发展与传播过程,得到了爆轰波流场中气-固两相的物理量分布,并确定了爆轰波参数。在较低的RDX粉尘浓度条件下,爆轰波阵面压力的峰值曲线出现振荡。当RDX粉尘浓度在80~150 g/m3时,数值模拟得到的爆轰波阵面压力峰值曲线的振荡是规则的;当RDX粉尘浓度为70 g/m3时,爆轰波阵面压力峰值曲线出现不规则振荡。     

呼吸性粉尘吸收系数的光声光谱探测

针对呼吸性粉尘浓度连续、可靠、低成本的实时检测需求,实现了光谱应用技术创新,提出了一种基于光声光谱的呼吸性粉尘探测系统,低功率二极管激光器光谱中心波长为403.56 nm及相应的NO₂有效吸收截面为5.948 5×10-19 cm2·mole-1;通过频率扫描拟合得到了1.35 kHz的谐振频率。开展了光声池结构的影响分析,得到了光声池长度参数对本底噪声影响较小但对激光信号影响较大、内径参数对本底噪声存在一定影响但对本底噪声影响较小的结论。在考虑品质因数、加工条件、使用场合和待测对象属性等影响情况下,选用120 mm的长度参数和8 mm的内径参数;基于长度为60 mm、内径为25 mm的缓冲腔结构,开展了缓冲隔板对系统稳定性的影响分析,通过在缓冲腔中设置缓冲隔板,降低了本底噪声、稳定了系统,其幅值及波动由(2.83±0.11) μv稳定为(1.26±0.03) μv。分析得到了NO₂的比吸收系数为195.28 Mm-1·(mg·m-3)-1,利用NO₂气体在405 nm处的吸收对系统进行了标定,得到了拟合斜率为0.0436 8 μv/Mm-1、相关系数为0.998、池常数为300.24 Pa·cm·W-1的结论。同时在1 min平均时间下,得到了系统探测浓度下限及吸收系数为2.30 μg·m-3和0.448 Mm-1。基于标准微球的聚苯乙烯作为气溶胶发生器对象开展了呼吸性粉尘的吸收系数影响分析,进行了5μm以下不同数浓度颗粒及同一数浓度下不同粒径颗粒吸收系数的测试,结果表明：呼吸性粉尘的吸收系数和数浓度成正比,线性拟合后的斜率为10.598±0.641 96,相关系数为0.993;吸收系数曲线的方差在3～4 Mm-1间,不同粒径的颗粒对吸收系数存在着一定的影响;随着粒径增加,吸收系数随之增加。开展了环境大气中NO₂的测量,选用0.2 μm的过滤膜滤除粉尘的干扰,实验结果表明大气NO₂浓度为16.4~61.6 μg·m-3,平均浓度为41.1 μg·m-3。为了证实测量系统的准确性,与课题组自行研发的长光程差分吸收光谱系统(LP-DOAS)进行了对比测试,测试结果显示了本光声光谱系统和LP-DOAS系统测量NO₂浓度的相关性较好,线性拟合后的斜率为1.011 78±0.040 13,相关系数为0.947 81。开展了环境大气中呼吸性粉尘的测量,选用5 μm过滤片过滤环境大气,通过“NO₂+5 μm粉尘”和“NO₂+0.2 μm粉尘”两路测量对象的差分测量,得到了呼吸性粉尘的变化趋势,可以满足自然悬浮状态下的呼吸性粉尘吸收系数实时测量。     

粉尘云电火花最小点火能的统计分析

基于统计分析的Logistic回归模型,应用以概率表示粉尘云最小点火能的计算方法,在容积为1.28L的Mike 3管内对不同浓度的烟酸粉尘-空气混合物进行了最小点火能测试实验,利用SPSS软件计算得到了各浓度下烟酸粉尘云点火成功概率为10%和50%时的最小点火能。结果表明,烟酸粉尘云最小点火能随浓度的增大呈现先减小后增大的趋势,最后保持在一定的能量范围内。与其他标准的计算结果相比,这种方法给出的结果更符合实际情况,也能满足不同生产环境对安全控制的需要。     

二氧化硅粉尘对有形激光的反射和透射特性研究

利用蒙特卡罗方法研究了二氧化硅粉尘层对无限窄准直光束的反射和透射特性,根据Mie理论计算了单次散射相函数,并利用其对光子散射方向进行了抽样,分析了消光系数和粒子尺寸对粉尘层反射和透射特性的影响,对于浓度较大的粉尘层,激光在传输过程中,其光斑的大小和形状将对散射特性产生影响,将无限窄准直光束入射情况下的散射函数作为脉冲响应,与有形激光光束进行卷积,得到有形激光束入射情况下的多次散射特性,研究了高斯形和圆盘形两种激光光束入射时,光斑形状和大小对散射特性的影响。     

用密立根油滴仪同时测量粉尘的粒径和荷电量

本文提出用密立根油滴仪同时测量粉尘的粒径和荷电量的方法，并对两种工业粉尘在离子荷电条件下粒径和荷电量的关系进行了测试和研究。将测试结果与荷电理论计算值进行了比较和分析。     

拐角空间中悬浮铝粉尘爆轰后效的三维数值模拟

建立三维的铝粉-空气两相爆轰计算模型，采用时-空守恒元解元（CE/SE）方法求解，并开发了悬浮铝粉尘爆轰的三维数值模拟程序.基于消息传递接口（MPI）技术实现了程序的并行化设计.通过对激波管问题以及爆轰管中铝粉-空气两相爆轰实验的模拟验证程序的可靠性.对拐角空间中左侧浓度为368 g·m^-3的铝粉-空气混合物两相爆轰及其在拐角空间右侧和下方空气域内形成的冲击波和温压效应开展数值模拟，获得复杂空间内爆轰波或冲击波的传播、反射以及绕射过程.结果表明：两相爆轰在离铝粉尘区域2 m远的空气域内产生的后效冲击波能达到2.66 MPa的固壁反射压力，火球燃烧范围会超出初始铝粉尘区域约0.8 m，并且造成初始铝粉尘区域附近1.5 m范围内空气的温度高达1 600 K.模拟程序可用于铝粉尘爆轰的后效研究，对工业安全及其防护具有指导意义.     

Propagation of terahertz waves in a dust acoustic wave

The propagation of terahertz waves in a dust acoustic wave is investigated numerically. By assuming a sinus profile of the dust number density in the dust acoustic waves, the transmission properties are calculated using finite difference time domain method. It shows that the dust acoustic wave can function similarly as a Bragg filter to block the terahertz waves of a certain wavelength. The bandwidth of the filter depends on the density profile of the dust acoustic wave.     

样品厚度对薄膜法X射线荧光光谱测量的影响研究

分别以富集有Cr,Pb和Cd三种元素的尼龙薄膜样品及玻璃纤维滤膜为研究对象,采用滤膜叠加的方式,通过XRF光谱仪测量不同样品厚度下薄膜样品的XRF光谱,根据测得的尼龙薄膜样品中Cr,Pb,Cd元素及玻璃纤维滤膜中Ca,As和Sr元素特征XRF性质的变化,研究样品厚度对薄膜法XRF光谱测量的影响。结果表明：薄膜样品厚度对不同能量区间上元素特征谱线荧光性质的影响并不相同。元素特征谱线能量越大,元素特征X射线荧光穿透滤膜到达探测器的过程中损失越少;但由薄膜样品厚度增加引起的基体效应却越强,相应特征谱线位置处的背景荧光强度就越大,因此样品厚度增加所引起的基体效应对薄膜法XRF光谱测量的灵敏度影响就越大。对于特征谱线能量较低(能量小于7 keV)的元素,以增加薄膜样品厚度的方式来增加待测组分的质量厚度浓度,并不能有效地提高薄膜法XRF光谱测量的灵敏度;对于特征谱线能量较高的元素(能量＞7 keV),可以通过适当增加样品厚度以增加被测组分的质量厚度浓度的方式来提高XRF光谱测量的灵敏度,薄膜样品厚度在0.96～2.24 mm内,更有利于XRF光谱的测量与分析。该研究为大气及水体重金属薄膜法XRF光谱分析中薄样制备及富集技术提供了重要的理论依据。     

光电极值法结合外差干涉法监控膜厚的研究

光电极值法是光学薄膜厚度监测的常用方法,该方法在镀膜前引用块状材料的折射率设计膜系。而在实际镀制过程中,用于镀制光学薄膜的材料折射率会发生改变,从而给膜厚的监控带来误差。为了避免折射率变化的影响,采用外差干涉法测量折射率,将实际测得的薄膜折射率应用光电极值法监控薄膜的设计,从而减少了因材料折射率的变化引起的误差。以750nm截止滤光片的镀制为被测对象进行了实验,对制备的滤光片透射率光谱曲线进行了比较。结果表明,实际的透射率曲线与设计的透射率曲线吻合较好,两次实验曲线平均吻合度均在98%以上,系统稳定性很好,从而说明结合外差干涉法的光电极值监控法可以很好地克服折射率变化引起的误差。     

弱电离尘埃等离子体层反射与透射的SO-FDTD方法分析

将弱电离尘埃等离子体复介电常数表示以jω 为自变量的分式多项式形式, 利用移位算子时域有限差分(SO-FDTD)方法, 给出了弱电离尘埃等离子体频域本构关系的时域形式. 推导了弱电离尘埃等离子体电磁特性的时域递推关系式. 用SO-FDTD方法计算了弱电离尘埃等离子体层的反射和透射系数, 分析了尘埃粒子浓度和尘埃粒子半径的变化对反射系数和透射系数的影响. 结果表明: 有尘埃粒子时的反射系数比没有尘埃粒子时反射系数小, 而透射系数要比没有尘埃粒子时的透射系数大; 当尘埃粒子浓度或尘埃粒子半径增大时, 其反射系数均减小.     

Optimal Design of Thin Film Filters for IR Integrated Photonic Amplifiers

This paper addresses in the design of thin film filter for IR broadband integrated photonic amplifiers. A cascaded multilayer medium thin film filter structure is presented. This proposed filter consists of some different filtering unit cells with different central wavelength and bandwidth, and each cell can suppress certain peak gain at a specific wavelength. The intrinsical gain spectrum of amplifier is obtained by solving a set of rate and power propagation equations with finite difference time-domain(FDTD)-based overlapping integral-Runge Kutter(RK) method. The effect of transmittance spectrum of the proposed cascaded multilayer medium thin film filter on flattening gain is discussed. The transmission function of the cascaded multilayer medium thin film filter is obtained. Finally, a real device is fabricated, it is shown that the design is valid.     

Parametric study of cylindrical and spherical dust ion acoustic shock waves with two temperature electrons in dusty plasma relevant to Saturn's E ring

We have performed numerical analysis of the one-dimensional dynamics of the cylindrical/spherical dust ion acoustic shock waves in unmagnetized dusty plasma consisting of positive ions, immobile dust particles, and nonextensive distributed cold and hot electrons. A multiple-scale expansion method is used to derive Burgers Equation (BE) and modified Burgers equation (MBE) by including higher order nonlinearity. The basic characteristics of the shock waves have been analysed numerically and graphically for different physical parameters relevant to Saturn' E ring through 2D figures. The parametric dependence of dust ion acoustic shock waves on some plasma parameters nonextensive index, density, and temperature of cold and hot electrons, concentration of dust particles, thermal effects and kinematic viscosity of ions is explored. Furthermore, it is found that the nonplanar geometry effects have an important impact on the establishment of shock waves. The amplitude of the wave decreases faster as one departs away from the axis of the cylinder or centre of the sphere. Such decaying behaviour continues as time progresses. It is also found that an increasing dust concentration decreases the amplitude of the dust ion acoustic shock waves.     

结合傅里叶变换合成法设计均匀薄膜

基于傅里叶变换合成法的基本原理,合成了一个K9基底上的负滤光片,合成的渐变折射率薄膜具有期望光学特性,但实际制备难度很大,因此将其细分为足够多层离散折射率的均匀薄膜,由于实际薄膜材料种类有限,不能获得任意折射率膜层,鉴于两层高低折射率薄层可近似为一层中间折射率膜层的思想,将膜系转化成一个可实际制备的膜系结构:膜系采用ZrO2和SiO2两种膜料,膜层总数为183层,经单纯形调法优化后,膜层总厚度为7.09 μm,通带和截止带内平均透射比分别为97.56%和3.13%,其结果优于直接采用傅里叶方法合成的非均匀膜系,与期望透射比曲线吻合更好.说明通过这种思想设计任意光谱特性的膜系是可行的,也使傅里叶变换合成法设计的薄膜实际制备成为可能.     

中红外带通滤光片的设计与制备

中红外带通滤光片在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用,峰值透过率和通带半宽度是带通滤光片的重要指标,主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。论述了一种在锗基底上采用锗和硫化锌两种材料设计并成功制备出中红外带通滤光片的方法。详细介绍了镀膜材料的选择以及这种方法的设计理论,给出了膜系结构,运用离子辅助沉积工艺在ZZSX-1100镀膜机上制备出了这种滤光片,测试结果表明:所制备的滤光片峰值透过率达到87%以上,通带半宽度为70 nm,光谱性能稳定,膜层致密,附着力好,膜系结构简单,易于实现。     

A risk assessment study of heavy metals in ambient air by WD‐XRF spectrometry using aerosol‐generated filter standards

A risk assessment study of the air quality in the surrounding of roads covered with slags coming from the non‐ferrous metal industry was performed. A monitoring campaign was carried out at three locations in Flanders by collecting the PM10 fraction and the total suspended particulates (TSP) of the airborne dust particles, entrapping heavy metals, on membrane filters. The heavy metal concentration on the dust filters was determined by wavelength‐dispersive x‐ray fluorescence (WD‐XRF) spectrometry. The XRF calibration curves were set up with filter standards prepared in the laboratory using an aerosol‐generated loading system. The acquired WD‐XRF results were confirmed by inductively coupled plasma atomic emission spectrometric (ICP‐AES) measurements after acid digestion on a selected number of filters. Electron probe microanalysis (EPMA) confirmed that aerosol‐loaded filter standards and dust filters with a concentration level of the analyzed element below 3300 ng cm^?2 were homogeneously distributed. Dust filters with higher concentrations, and especially filters loaded with the TSP fraction, reflected an inhomogeneous distribution of the analyzed element on the filter. The WD‐XRF analytical results acquired in the monitoring campaign revealed that the concentration of Pb on the dust filters never exceeded the immission standard (yearly average) of 2000 ng m^?3. It can be stated that the impact on human health is limited and can still be reduced by covering the polluted roads with a layer of asphalt. Further evaluation of soil and water samples from the nearby surroundings reveals that the heavy metal content in the slags makes an important contribution to environmental pollution, especially the contamination of groundwater. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.