随着大气污染问题的日益严重，各国都相继制定了烟尘排放的最新标准。但由于烟尘测 量的传统方法例如滤筒称重法，预测流速法，皮托管平行测速法，压电晶体差频法，林格曼 黑度法，光衰减法，电荷法，光闪烁法等都具有一定的局限性。随着光电器件的进一步发展， 目前国内外学者都将目光转向研究光散射法测量烟尘浓度，利用光散射法测量颗粒物具有不 需要直接接触烟尘，实时性好等优点。在光散射法测量烟尘浓度中光后向散射法测量烟尘浓 度测量结果更为准确，适用范围较广，结果灵敏度更敏感，现场安装相对来说更加方便等优 点。

1、  粒子散射理论

后向散射技术最早可以追溯到上世纪 60 年代，1980 年德国物理学家古斯塔夫·米提出 米氏散射概念和激光的发明。此后越来越多的研究学者和机构开始利用光后向散射技术研究 颗粒的浓度和分布情况。1995 年，迈克尔·米什琴科已经沿着自由非球形颗粒的后向散射

方向进行了研究[1]。1996 年，他研究离散自由粒子的散射现象，以获得增强散射现象的条件[2]， 这为利用激光后向散射测量烟尘浓度提供了理论支撑。1998 年，Andreas Macke 等计算分析 了非球形雨滴对后向散射现象特性在降雨量研究方面的影响，研究表明，采用激光雷达技术 测量降雨量，非球面雨滴对后向散射特性的影响不容忽视，将直接导致测量降雨数据的准确 性[3]。1999 年，F．Prodi 等人对非球形微粒和球形雨滴微观粒子的光后向散射特性进行长期 研究，通过分别对雨滴颗粒直径、雨滴组成以及雨滴外部几何形态等方面作了进行研究和分 析，为后面学者的进一步深入研究提供了理论支撑[4]。2002 年，VP．Tishkovets 通过以薄层 粒子系为研究对象，用详细的理论推导和计算的方式得出后向散射特性，为进一步研究光后 向散射特性奠定了一定的理论基础[5]。2005 年 C．Mitrescu 为了为星载激光雷达的设计与研 发提供了数据支撑，C.Mitrescu 通过利用雷达探测数据，建立了对云层粒子多级后向散射光 学特性反演模型[6]。

我国基于激光后向散射测试烟尘浓度技术起步较晚。从 1908 年德国物理学家古斯塔夫·米 提出米氏散射概念，发表了任何尺寸均匀球形粒子散射问题的严格解，可以研究雾、云和金 属悬浮液的散射等。1997 年，夏达英等人基于光后向散射特性对烟尘里面的组成微粒进行实 验测量，结论指出了光后向散射测量烟尘浓度比光前先散射测量烟尘浓度具有适用环境使用 条件更广、测量精度更高、灵敏度更高等优点[7]。中北大学李亦军博士在 2005 年介绍了通过 应用 Mie 散射理论的激光微粒测试方法，并系统而详细的介绍 Mie 散射理论中所提到的公式 的物理意义以及后向散射应用前提条件[8]。哈尔滨工业大学相关人士对光后向散射也做了很 多研究，并在后向散射研究的基础上提出：通过开发一种新型的后向散射浓度测量装置的提 议，并自己制造出精度可靠样机[9]，并在烟尘粒子的微观形貌与复折射率测量方面提出新的 观点。2012 年崔志伟博士采用数值方法系统地研究了任意形状的非均匀粒子对任意入射高斯 波束的散射情况。同年，李立清等人对特定条件下的烟尘进行建模分析，得出烟尘扩散特性[10]。 2015 年南京理工大学张祥金老师以激光引信为目标，对 530nm 到 1064nm 波长脉冲激光在烟 尘环境下的传输特性进行研究，分析了烟尘微粒的物理特性，为激光后向散射测试烟尘浓度 提供理论参考。

2、 烟尘组分与浓度

燃料发生剧烈氧化反应时会产生一定直径颗粒物的烟尘。 烟尘颗粒粒径的范围是 10-4-100um,烟尘的来源一般有：煤炭燃烧、汽车尾气排放、水泥工业烟尘、化工冶金采矿等 生产过程[11]。飞灰是煤炭燃烧后产生的烟尘中的主要成分，飞灰的成分主要包括未燃烧的碳 粒以及 Fe203、A1203、MgO、SiO2、CaO 等，固体燃料燃烧时烟尘排放量往往比其他燃料燃烧时多得多,相差可达千倍之多。按烟尘总体的外观颜色来分，可将烟尘分为黑烟、黄烟、白烟、 红烟等。燃料中含有的元素种类不同会产生不同颜色的烟尘。煤炭燃烧产生的主要是黑烟和 白烟，钢铁厂产生的主要是红色烟尘，氮氧元素含量较多的燃料会产生黄烟和绿烟。 烟尘浓度测量技术国内外研究现状:http://www.chuibin.com/yanjiu/lunwen_206253.html