【摘 要】
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粒径是用来表征气溶胶颗粒特性的重要参数,能反映气溶胶颗粒物的来源、物理化学特性等重要信息。研究超细颗粒物粒径谱对大气颗粒物监测、移动污染源排放管控、呼吸道疾病研究,以及半导体工业生产都具有重要意义。本文通过理论建模、数值仿真和实验验证系统研究了用于小型超细颗粒物粒径谱仪的粒径谱反演方法。小型粒径谱仪是用来测量气溶胶超细颗粒物粒径谱的一款小型、低成本、低算力要求的仪器,可用于源附近（燃烧源、机场、高
【基金项目】
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移动污染源超细颗粒物排放快速在线监测技术研发（No.2016YFC0201001）,国家重点研发计划,2016-2020；
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粒径是用来表征气溶胶颗粒特性的重要参数,能反映气溶胶颗粒物的来源、物理化学特性等重要信息。研究超细颗粒物粒径谱对大气颗粒物监测、移动污染源排放管控、呼吸道疾病研究,以及半导体工业生产都具有重要意义。本文通过理论建模、数值仿真和实验验证系统研究了用于小型超细颗粒物粒径谱仪的粒径谱反演方法。小型粒径谱仪是用来测量气溶胶超细颗粒物粒径谱的一款小型、低成本、低算力要求的仪器,可用于源附近（燃烧源、机场、高速公路、省道等高颗粒物污染区域）排放监测。小型粒径谱仪主要由单极性荷电器、平板DMA（差分电迁移分析仪）、FCE（法拉第杯静电计）等核心部件组成。单极性荷电器荷电分布特性与传统的双极性荷电器不同,颗粒物在单极性荷电器内严重的多重荷电现象会导致荷电颗粒物电迁移率过度交叠,增大粒径谱反演壳函数解析复杂度。通过数值分析软件MATLAB对核心部件进行建模分析,研究在选定外荷电效率、荷电分布概率函数下,选择合适的平板DMA的分级电压和流场参数来减小荷电颗粒物电迁移率过度交叠,从而降低粒径谱壳函数解析复杂度的方法。结合NNLS（非负最小二乘算法）和后平滑处理方法求解粒径谱壳函数（离散Fredholm第一类积分方程）可得到颗粒物粒径谱。最后,使用不同的虚拟颗粒物仿真数据集,测试了反演算法的准确性和稳定性。仿真结果表明:理想情况下,对于所有单峰和双峰分布,反演粒径谱和原始粒径谱的相对误差都在20%以内,相关系数都大于0.98。切割器切割粒径失配等非理想情况下,相对误差在30%以内,相关系数都大于0.92。将反演算法移植到低成本低功耗嵌入式芯片Cortex-M3上运行,集成小型粒径谱仪。对比SMPS（扫描电迁移分析仪）和小型粒径谱仪的粒径谱反演数据,峰值粒径和峰值浓度一致性较好,可满足超细颗粒物监测需求。
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