激光遥测烟羽浓度

激光遥测烟羽浓度随着人类经济、环境、能源等问题的不断发展，大气气体的污染已成为当前最为关注的问题之一。其中，烟羽是指由工厂、火山、山火、交通工具等造成的，形状类似白天使烟羽的羽毛状薄云。（以汽车尾气烟羽为例，如下图所示）


烟羽的排放不仅对环境造成了污染，还会对人们的健康造成影响。因此，烟羽的浓度检测一直是大气污染检测中的重要部分。

传统烟羽浓度检测方法通常采用采样分析法，即采用吸附剂（如滤纸、玻璃纤维滤棒、抛光棒等）吸附空气中的颗粒物，再用化学方法分析质量浓度。该方法在操作过程中存在仪器重复率低、仪器灵敏度低、操作不规范等问题，且需要对各种化学品的性质、作用、条件、溶液配制及容器、仪器的选用、使用方法等进行认真的研究和掌握。另外，该方法采样耗时长，不能实时检测，反映烟羽浓度变化不及时，测量过程不连续，无法监测烟羽运动的变化。因此，烟羽浓度检测亟待研究其高效、稳定、低成本、实时化监测和便携式监测方法。

激光测量技术具有非接触、高精度、快速测量的优点，已广泛应用于大气测量中。随着近年来激光技术的不断发展，激光测量技术被广泛应用于大气污染的研究中。其中，激光测量烟羽浓度是探测烟羽中的粒子浓度的理想方法之一。激光烟羽浓度检测技术的原理是利用光散射原理，将激光的光束束至烟羽区，烟羽中的颗粒物质体积浓度与激光散射强度成正比，因此依靠激光测量技术可以测量出烟羽浓度。

本文将介绍一种基于激光遥测技术的烟羽浓度检测方法。该方法利用激光探测烟羽中的颗粒物，通过对激光散射强度的测量，即可快速、准确地测量出烟羽中的粒子浓度，是实现烟羽浓度实时监测、低成本、高精度、便携式检测的重要手段。

1.系统设计

本文所设计的激光遥测烟羽浓度检测系统如下图所示：


该系统由激光器、烟羽区、接收器、放大器、模拟器和采样器等部分组成。其中烟羽区是指烟羽穿过的区域，激光经过烟羽区后，经过接收器转化为电信号，再经过放大器、模拟器和采样器测量出颗粒物的浓度。

2.测量原理

2.1激光散射理论

激光与烟羽中的颗粒物发生作用时，颗粒物对激光的散射和吸收是必然的。其中散射是指激光中的光子被颗粒物所振动，从而引起散射，使光子发生方向或角度上的偏移，形成一个发散的光斑。而吸收则是指光子被颗粒物所吸收，使光子的强度下降，从而形成阴影。在烟羽浓度较小的情况下，烟羽中的颗粒物主要通过散射来测量颗粒物的数量。

2.2激光散射在烟羽浓度检测中的应用

激光测量烟羽浓度的原理是利用散射光的强度与颗粒物的浓度成正比的原理。当激光经过烟羽中的颗粒物时，颗粒物会吸收激光，同时又会散射部分光子的能量，使得穿过烟羽的光束中的光子数随着颗粒物的散射而减少。因此，测量激光穿过后所含光子强度的下降值，即可推算出烟羽中的颗粒物浓度。

3.测量实验

为了验证该激光遥测烟羽浓度测量系统的有效性及可行性，我们进行了实验验证。

实验采用了一台视觉差式颗粒物计数器和激光测量仪进行对比试验。结果表明：该系统可以准确地测量颗粒物的浓度，并且响应速度快、测量值准确。

4.结论

通过对激光遥测烟羽浓度测量系统的设计和实验验证，可以得出以下结论：

（1）激光散射原理具有可以有效测量烟羽浓度的潜力。

（2）激光遥测烟羽浓度测量技术具有实时、高效、便携、低成本等优点，是探测烟羽中粒子浓度的可行方法。

（3）本文所设计的激光遥测烟羽浓度检测系统其测量精度、稳定性和响应速度表现非常优秀。

（4）激光遥测烟羽浓度检测技术在大气污染监测领域应用前景广阔。

综上所述，激光遥测烟羽浓度测量技术是一种高效、稳定、低成本、实时化监测和便携式监测方法。在国内外大气污染监测领域具有重要的理论意义和实际应用价值。5.应用前景

随着环境污染防治工作的不断深入和环境监测技术的不断提升，对烟羽浓度的监测要求也越来越高，而激光遥测烟羽浓度测量技术正是一种满足这种要求的新兴技术。它具有实时测量、高灵敏度、低成本、无需接触等优点，是传统检测方法的有力补充。

应用激光遥测烟羽浓度测量技术可以对工厂、工地、交通等烟羽排放源是否达标进行实时监测，促进企业环保治理企业，保障周边居民健康。同时，该技术也可以为环境保护部门提供精准、可靠、及时的数据支持，更好地开展履行职责的工作。现在已有一些环保部门和研究机构对激光遥测的烟羽浓度检测技术进行了探究和尝试，国内外均有较为广泛的应用前景。

除了烟羽浓度检测外，激光遥测技术在其他环境污染控制领域也有着广泛的应用。例如，激光遥测技术可用于检测环境空气中的二氧化碳、氮氧化物等污染物；应用激光遥测技术还可以实现对水质污染的远程控制和监测。因此，激光遥测技术在环境污染监测领域具有广阔的应用前景。

6.改进与展望

尽管激光遥测烟羽浓度测量技术具有许多优点，在实际应用中仍然存在一些问题和挑战。其中，最主要的问题之一是信号干扰。在实际应用中，由于大气中存在太阳辐射、天气变化等种种干扰因素，需要对激光遥测烟羽浓度测量系统进行适当的优化和改进。此外，激光遥测技术在不同环境、不同天气条件下的应用也需要进行更加深入的研究。

今后，可以从以下几个方面继续改进和完善激光遥测烟羽浓度检测技术：

（1）优化激光器的工作方式和参数，提高测量的稳定性和准确性；

（2）研究和开发新型的接受器和放大器，提高信号的接收和处理效率；

（3）设计和制造更加稳定和实用的激光遥测烟羽浓度检测系统，提高设备的运行效率和可靠性；

（4）进行针对不同环境和天气条件下的烟羽浓度检测实验，拓展激光遥测技术的应用范围；

（5）加强与环保部门、科研机构、企业等的合作，共同推动激光遥测技术在环境监测领域的发展和应用。