一种空气质量（细颗粒物）测量装置的设计与应用_开题报告

1空气质量测量的意义

1.1细颗粒物定义

2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物，细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5微米的颗粒物，细颗粒物的化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na⁺）等。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。由于PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

1.2细颗粒物生成来源

颗粒物的成分很复杂，主要取决于其来源。主要有自然源和人为源两种，但危害较大的是后者。人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧源，如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。

1.3细颗粒物的危害

在五大洲至少35个不同国家和地区进行的研究表明，空气中颗粒物的水平与人体健康存在着一定的关系。由于细颗粒物更易于进入人体，在环境中滞留时间更长，以及吸附的重金属和有毒有害的物质较多，因而对人体的危害也更大。国外进行的大量有关细颗粒物的流行病学研究表明，可吸入颗粒物浓度的增加与疾病的发病率、死亡率密切相关，尤其是呼吸系统疾病及心肺疾病。

2国内外测量细颗粒物的方法

2.1重量法

重量法通俗来讲指直接将大气流中的PM2.5颗粒被截留在滤膜上，然后用天平直接称重。但是仍然会有一些比较较小的颗粒会穿过滤膜，但是这些颗粒较小重量可以忽略对重量的影响不大。目前，按照重量设计的检测PM2.5采样设备比较多，如美国URG公司生产的通用型大气污染物采样仪（URG-300K）,中国生产的四通道PM2.5采样器（PR2300），TH-150型智能颗粒物采样器。

重量法可以是说最基本的方法，是验证其他方法的标尺，是最简单，最可靠的方法。但是其缺点是需要人工来完成，并且其相应的配套设备也比较相当的复杂，相对来说比较费时，因此重量法多应用于单点上。

2.2微量振荡天平法 

微量震荡天平法相对来说就没有那么高的检测精度，但是它并不像重量法那样的复杂，它主要是靠颗粒通过他的传感器（锥形管构成）改变其震荡的频率，也就是说空气中的颗粒被截留在可随时更换的滤膜上，导致振荡频率发生变化，这是就可以根据频率的变化来检测此时的颗粒浓度。它能够实现连续检测的目的，并且能够自动实现。因此我国现在的很多地方目前都是采用这个方法来测定PM2.5的浓度，从而更好地实时测量周围的环境质量。  

2.3Beta射线法/β射线法 

Beta射线法基本上可以跟微量震荡天平法是一个性质类的，此方法是根据射线衰减的原理来实现的，就是当射线照射在通过空气的颗粒时，相应的接收到的射线就会相应的减少，根据换算公式就会计算出颗粒物的浓度大小。此系统也有相应的缺点，那就是可能在照射的过程中会有相应的挥发，这时就需要一些补偿的系统，能够最大限度的保证其准确性，接近于真实值。

2.4光散射法

光散射的原理是指；空气中的颗粒物对光具有一定的散射作用并且根据浓度的不同散射的值也就相应的会有所不同，浓度较高时，对光的散射也不会相应的提高，测定光值以后，通过相应的换算公式也就会得到其浓度值。颗粒物与光的散射有着复杂的关系，颗粒的的形状，化学组成、比重、微粒的分布都会影响光的散射问题。此外，这些颗粒物之间有可能还会发生一些化学反应。

3本空气质量（细颗粒物）测量装置的设计意义

本文使用的检测PM2.5 传感器原理是采用光散射原理，即朗伯特- 比尔定律。测量光透过被测物质后，由于散射吸收细颗粒物而使光强减弱，通过测定光束通过被测介质前后的光强比之来定量细颗粒物浓度，并将粉尘浓度转换为电信号，然后通过信号放大器将电信号转换为0 ～ 5V 的电压信号，再通过单片机进行AD 转换，从而实现对空气细颗粒物浓度进行采集和测量，把模拟量转换成数字量，经过单片机的处理计算后可以在显示屏上显示，实现对空气质量进行实时监测。此测量装置采用模块化设计，实施简易，调试方便且工作稳定，具有一定的应用价值。

二、^范文提纲

1综述

1.1空气质量检测的意义

1.1.1细颗粒物对空气质量的影响

1.1.2细颗粒物的分类与定义

1.1.3细颗粒物的测量技术与方法

1.2当前关于空气质量的测量与应用

1.2.1国内外对于空气质量的测控技术与要求

1.2.3市场相关产品的应用情况

1.3测量装置的功能和意义

1.3.1测量装置的主要功能

1.3.2测量装置的设计意义

2装置的硬件设计

2.1总体设计

2.2电路设计

2.3芯片及重要元件介绍

3装置的软件设计

3.1开发环境

3.3程序设计

3.3.1主程序设计

3.3.2终端程序设计

4装置的调试

4.1硬件的调试

4.2软件的调试

4.3系统调试

5空气质量（细颗粒物）测量装置的应用

5.1在固定源场合的应用

5.1.1室内地下停车场的应用

5.1.2地铁站台的应用

5.2在流动源场合的应用

5.2.1烟尘施工的应用

5.2.2地铁隧道检修作业的应用

三、参考文献

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