空氣中粉塵濃度的光散射式測(cè)定法光散射法測(cè)定原理

當(dāng)光照射在空氣中懸浮的粒子上時(shí)，產(chǎn)生光散射。在光學(xué)系統(tǒng)和粉塵性質(zhì)一

定的條件下，散射光強(qiáng)度與粉塵濃度成比例。光散射法測(cè)定空氣中的粉塵濃度是通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換求得粉塵質(zhì)量濃度的方法。

國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局

勞動(dòng)部辦公廳 1997年4月7日印發(fā)

中華人民共和國(guó)勞動(dòng)部

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

LD98-1996?空氣中粉塵濃度的光散射式測(cè)定法

Method of Measuring Concentration of Dust In the Air on the Principle of Scattered light.

1997 年4月- 發(fā)布 1998年1月1日 實(shí)施

中華人民共和國(guó)勞動(dòng)部 發(fā)布

勞動(dòng) 安全 標(biāo)準(zhǔn) 通知

在一些大城市中，黑多的高樓大廈都喜歡在晚上用幾束光射向夜空，這些光一般都是強(qiáng)光，這也是光的散射?？諝庵械膽腋m埃越少，也就是空氣很干凈時(shí)，散射就越弱，光就會(huì)變得很淡；而當(dāng)空氣中懸浮塵埃越多，也就是空氣不太干凈時(shí)，，散射就越強(qiáng)，光就會(huì)變得很亮。所以在晚上，如果你幾乎看不到那些高樓大廈的那幾道光束，那明天也許就會(huì)有蔚藍(lán)的天空

下面主要介紹光散射原理的兩款測(cè)塵器:激光粉塵儀，新型激光粉塵儀

儀器符合衛(wèi)生部WS/T206-2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物(PM10)測(cè)定法-光散射法》標(biāo)準(zhǔn)、勞動(dòng)部LD98-1996《空氣中粉塵濃度的光散射式測(cè)定法》標(biāo)準(zhǔn)以及鐵道部TB/T2323-92《鐵路作業(yè)場(chǎng)所空氣儀器中粉塵測(cè)定相對(duì)質(zhì)量濃度與質(zhì)量濃度的轉(zhuǎn)換方法》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及衛(wèi)生部衛(wèi)監(jiān)督發(fā)〔2006〕58號(hào)文件頒布實(shí)施的《公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》。

主要特點(diǎn):

? 可直讀顆粒物質(zhì)量濃度(mg/m3)，1分鐘出結(jié)果，或根據(jù)用戶(hù)需要任意設(shè)定采樣時(shí)間;

? 測(cè)量快速、準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高;

? 設(shè)計(jì)了自校系統(tǒng),儀器性能穩(wěn)定可靠;

? 具有氣幕屏蔽及潔凈氣自清洗功能，確保光學(xué)系統(tǒng)不受污染;

? 實(shí)現(xiàn)了軟件自動(dòng)調(diào)零;

? 具有與計(jì)算機(jī)雙向通訊功能，可通過(guò)PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，打印出曲線(xiàn)及表格;

? 具有顆粒物濃度連續(xù)監(jiān)測(cè)、定時(shí)采樣以及粉塵濃度超標(biāo)報(bào)警等多種功能;

主要技術(shù)指標(biāo)

檢測(cè)靈敏度:低靈敏度 0.01mg/m3 ;

高靈敏度 0.001 mg/m3 ;

測(cè)定范圍: 低靈敏度 0.01~100 mg/m3 ;

高靈敏度 0.001~10 mg/m3 ;

測(cè)定時(shí)間:采樣標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為1分鐘，設(shè)有0.1、1、2、5、10分鐘及調(diào)時(shí)檔(任意設(shè)定采樣時(shí) 間);

重復(fù)性誤差:±2%;

測(cè)量精度: ±10%

顯 示 屏:帶標(biāo)識(shí)4位液晶顯示器;

存 貯:可循環(huán)存儲(chǔ)999組數(shù)據(jù);

定時(shí)采樣:可設(shè)定測(cè)量時(shí)間1~9999秒及采樣次數(shù)1~9999次

輸出接口:PC機(jī)通訊接口(RS232)及打印機(jī)輸出接口

環(huán)境溫度:0℃~40℃(儲(chǔ)存溫度-20℃~60℃)

激光粉塵儀具有新世紀(jì)國(guó)際先進(jìn)水平的新型內(nèi)置濾膜在線(xiàn)采樣器的微電腦激光粉塵儀, 在連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵濃度的同時(shí), 可收集到顆粒物,以便對(duì)其成份進(jìn)行分析，并求出質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值。可直讀粉塵質(zhì)量濃度(mg/m3), 具有PM10、PM5、PM2.5及TSP切割器供選擇. 儀器采用了強(qiáng)力抽氣泵，使其更適合需配備較長(zhǎng)采樣管的中央空調(diào)排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測(cè)。

儀器符合工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GBZ1-2002)、工作場(chǎng)所有害因素接觸限值(GBZ2-2002)標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)生部WS/T206-2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物(PM10)測(cè)定法-光散射法》標(biāo)準(zhǔn)、勞動(dòng)部LD98-1996《空氣中粉塵濃度的光散射式測(cè)定法》標(biāo)準(zhǔn)以及鐵道部TB/T2323-92《鐵路作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定相對(duì)質(zhì)量濃度與質(zhì)量濃度的轉(zhuǎn)換方法》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及衛(wèi)生部衛(wèi)法監(jiān)發(fā) [2003] 225號(hào)文件發(fā)布的《公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》。主要技術(shù)指標(biāo)

1、 配置40mm濾膜在線(xiàn)采樣器;

2、 具有可更換粒子切割器PM10、PM5、PM2.5及TSP供選擇;

3、 直讀粉塵質(zhì)量濃度(mg/m3),1分鐘出結(jié)果;

4、 大屏幕液晶顯示器,漢字菜單提示;

5、 檢測(cè)靈敏度:(L) 0.01mg/m3; (H) 0.001mg/m3。

6、 重復(fù)性誤差:±2%

7、 測(cè)量精度: ±10%

8、測(cè)量范圍: (L) 0.01~100 mg/m; (H) 0.001~10 mg/m。

9、 測(cè)定時(shí)間:標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為1分鐘，設(shè)有0.1分及手動(dòng)檔(可任意設(shè)定采樣時(shí)間)。

10、 具有公共場(chǎng)所監(jiān)測(cè)模式、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)模式以及勞動(dòng)衛(wèi)生模式?？捎?jì)算出時(shí)間加權(quán)平均值(TWA)和短時(shí)間接觸允許濃度(STEL) 等。

11、 存 貯:可循環(huán)存儲(chǔ)999組數(shù)據(jù)。

12、定時(shí)采樣:可設(shè)定測(cè)量時(shí)間(1~9999)秒，關(guān)機(jī)時(shí)間(0~9999)秒，預(yù)熱時(shí)間(0~10)秒及采樣次數(shù)(1~9999)次。

13、 粉塵濃度超標(biāo)報(bào)警閾值設(shè)定:濃度最大閾值: 65mg/m3;測(cè)定時(shí)間:(1~9999)秒

14、輸出接口:(1)PC機(jī)通訊串行接口:RS232;(2)微型打印機(jī)輸出接口;(3)模擬量輸出接口:0-1V;(4) 數(shù)字量輸出接口:電平信號(hào)。

15、 電源:Ni-MH充電電池組(1.2V x 4)，可連續(xù)使用8小時(shí);附220VAC/12VDC 電源適配器。

16、另配具有濕度修正功能，數(shù)據(jù)更加精確

17、可配煙氣采樣桿

18、 重量:2.4kg。

主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)設(shè)計(jì)了可更換的粒子切割器，實(shí)現(xiàn)了PM10、PM5、 PM2. 5 、 TSP多種粒子分離切割器兼容。

(2)設(shè)計(jì)了在線(xiàn)濾膜采樣器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵濃度與濾 膜采樣兼容，可以分析所收集到顆粒物的成份以及求出該場(chǎng)所的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值。

(3)采用激光光源，質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)不受顆粒物顏色的影響。

(4)儀器可直接測(cè)出符合衛(wèi)生部WS/T206-2001標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量濃度值(mg/m3)。

(5)采用大屏幕液晶漢字顯示，實(shí)現(xiàn)了漢字菜單提示。

(6)設(shè)計(jì)了恒流控制器， 確保采樣流量恒定，切割曲線(xiàn)正確

(7)具有內(nèi)裝光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)散板,確保儀器高穩(wěn)定性。

(8)具有特別的保護(hù)氣幕，避免了粉塵對(duì)儀器核心部件-光學(xué)系統(tǒng)的污染，確保儀器高可靠性9)儀器設(shè)計(jì)了定時(shí)采樣功能，可根據(jù)設(shè)定時(shí)間定時(shí)采樣，定時(shí)啟動(dòng)及關(guān)閉，所得數(shù)據(jù)可通過(guò)微型打印機(jī)記錄或?qū)隤C機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，此功能適合于大氣環(huán)境可吸入顆粒物連續(xù)監(jiān)測(cè)。

(9)可設(shè)定粉塵濃度超標(biāo)報(bào)警閾值，粉塵超標(biāo)時(shí)蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警

(10)除設(shè)有適合室內(nèi)公共場(chǎng)所粉塵監(jiān)測(cè)的一般測(cè)量模式和適合大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的定時(shí)采樣模式外，新增加了勞動(dòng)衛(wèi)生模式，在此模式下，根據(jù)工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GBZ1-2002)和工作場(chǎng)所有

可配煙氣采樣桿

拉曼散射和布里淵散射為研究分子結(jié)構(gòu)或晶體結(jié)構(gòu)提供了重要手段。借助于拉曼散射可快速定出分子振動(dòng)的固有頻率，并可決定分子結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性、分子內(nèi)部的力等。激光問(wèn)世以來(lái)，關(guān)于激光的拉曼散射的研究更得到迅速發(fā)展。強(qiáng)激光引起的非線(xiàn)性效應(yīng)導(dǎo)致了新的拉曼散射現(xiàn)象，如在強(qiáng)激光作用下產(chǎn)生的受激拉曼散射，可獲得高強(qiáng)度的多個(gè)新波長(zhǎng)的相干輻射，用于大氣污染的測(cè)量(見(jiàn)拉曼光譜學(xué)、受激光散射)。

散射與通信技術(shù)關(guān)系也很密切，如利用對(duì)流層、電離層以及流星余跡的散射可對(duì)上百乃至幾百公里距離的定點(diǎn)進(jìn)行微波或超短波通信，是跨越不能設(shè)中繼站的地段進(jìn)行通信的有力措施。此外，微波特別是毫米波穿越雨云和雨幕時(shí)，水滴乃至分子的散射與吸收所引起的衰減是不能忽視的。

對(duì)流層中隨時(shí)存在著尺度不同(約10~100m)的湍流區(qū)。湍流區(qū)內(nèi)與周?chē)橘|(zhì)的折射率有10-6數(shù)量級(jí)的差別。這些湍流區(qū)如同浸在均勻大氣中的介質(zhì)塊，在投射被照射下，其極化電流的輻射場(chǎng)即是散射場(chǎng)，團(tuán)塊極化電流的相位沿著投射波的傳播方向逐漸落后。類(lèi)似行波天線(xiàn)的原理，其前向散射強(qiáng)度遠(yuǎn)大于背向散射。利用這種前向散射可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。有效的散射區(qū)是收、發(fā)天線(xiàn)主波瓣端部相交的區(qū)域，見(jiàn)圖。由于團(tuán)塊的運(yùn)動(dòng)、生滅和分布都是隨機(jī)的，因而接收信號(hào)的幅度和相位也都是隨機(jī)起伏的。由于團(tuán)塊內(nèi)外折射指數(shù)相差甚微，必須使用較高的頻率(常用微波)和相當(dāng)大的發(fā)射功率，才能引起可觀(guān)的極化電流。收、發(fā)天線(xiàn)也必須有較高的增益。

在電離層中也經(jīng)常存在著電子濃度與周?chē)胁町惖膱F(tuán)塊。由于頻率越高等離子體的折射指數(shù)越接近于真空，所以利用電離層的不均勻性進(jìn)行散射通信時(shí)只能用米波，而且信號(hào)頻帶受到限制。

太陽(yáng)系大量微粒和流星以12~-72km/s的相對(duì)速度與地球相遇時(shí)，大多數(shù)情形因灼熱而氣化，飛出的原子與大氣分子碰撞而引起電離，選就是流星的電離余跡，它是細(xì)長(zhǎng)的等離子體柱。肉眼能觀(guān)察到高度約100km的流星，其余跡上每米長(zhǎng)有1014個(gè)以上的自由電子，能在1秒乃至幾分鐘時(shí)間內(nèi)散射米波，在高空風(fēng)作用下先變形而后散失。估計(jì)每一晝夜約有108個(gè)這種流星進(jìn)入大氣，所以這種電離余跡是經(jīng)常存在的，只是要在發(fā)現(xiàn)余跡出現(xiàn)后立即進(jìn)行斷續(xù)通信。其散射的方向性較強(qiáng)，與電離層不均性散射相比，同樣的發(fā)射功率下，通信容量增大至10倍或10倍以上。

由于衛(wèi)星通信的使用，散射通信的必要性已很小，但衛(wèi)星數(shù)量加多必終致發(fā)生信道擁擠;空間武器的發(fā)展使通信衛(wèi)星在戰(zhàn)爭(zhēng)中難免被破壞，散射通信或?qū)⒃俣仁苤匾暋?

對(duì)衛(wèi)星通信和直接廣播影響最明顯的是散射衰減。水珠、雪片乃至大氣分子在電磁波照射下，其極化電流的輻射把照射波的能流轉(zhuǎn)化為散射能流和質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)能，因而使照射波受到衰減。在厘米波段，每一水滴如同一個(gè)電偶極子。雨滴散射的散射衰減隨頻率提高而加大。在毫米波段則進(jìn)入散射的諧振區(qū)。散射衰減隨頻率增大較快，例如每小時(shí)12.5mm的降水中，每公里的衰減分貝數(shù)，λ=3cm時(shí)約為0.285，λ=1cm時(shí)約為2.73，λ=6mm時(shí)約為4.72，而λ=3mm時(shí)則約為6.72。水蒸汽和氧分子對(duì)于毫米波的某些頻率也有強(qiáng)烈的衰減:水汽對(duì)于λ=1.35cm的波約有2dB/km的衰減，氧對(duì)于λ=5mm和2.5mm的波衰減分別達(dá)到3.4和14dB/km。因此對(duì)于毫米波通信和廣播必須選用衰減峰之間的頻率，以避免過(guò)大的衰減;在計(jì)算發(fā)射功率時(shí)，必須留出足夠的余量以彌補(bǔ)傳播途徑中的衰減。