Optisen hiukkasmittarin mallinnus ja kalibrointi

Abstract

Tässä opinnäytetyössä kehitettiin optisen hiukkasmittarin mallintamiseen soveltuva Matlab-koodi sekä kalibroitiin Tampereen teknillisen yliopiston aerosolifysiikan laboratoriossa kehitetty optinen hiukkasmittari. Kalibrointia ja mallinnustulosta verrattiin toisiinsa ja tämän pohjalta tehtiin päätelmiä optisen hiukkasmittarin toiminnasta Optisen hiukkasmittarin toimintaperiaate ja rakenne esitellään. Mallinnusta varten johdetaan Mie-teoriasta kaava detektorin sirontavuorovaikutusalan lausekkeelle, jota käytetään optisen hiukkasmittarin ominaisuuksien kuvaamiseen. Optisen hiukkasmittarin mallinnusta varten kehitetyn koodin toimintaperiaate sekä rajoitteet esitellään ja koodin käyttöä demonstroidaan mallintamalla hiukkasmittarin ja hiukkasten vaikutusta mittaussignaaliin. Mallinnuksen avulla saadaan selville optisen hiukkasmittarin toiminnan kannalta oleellisia tekijöitä, mikä osoittaa mallin hyödyllisyyden. Optisen hiukkasmittarin kalibroinnissa käytettävä mittausjärjestely- ja laitteisto kuvataan. Optisen hiukkasmittarin hiukkaskokovaste kalibroidaan ja hiukkaspitoisuuden vaikutusta mitattuun konsentraatioon tutkitaan. Hiukkaskokovaste vastaa hyvin mallintamalla saatua tulosta ja hiukkaspitoisuuden vaikutus mitattuun konsentraatioon vastaa teoriaa. Kalibroinnissa havaitaan, että optisen hiukkasmittarin mittaamien pulssinkorkeuksien hajonta on oletettua suurempaa. Lisäksi pulssinleveyden ja detektiotehokkuuden havaitaan riippuvan hiukkaskoosta odottamattomalla tavalla. Näistä havainnoista päätellään, että virtausolosuhteet kalibroidun optisen hiukkasmittarin sisällä eivät ole ideaaliset hiukkasmittarin toiminnan kannalta. Nämä epäideaalisuudet on huomioitava kyseisen optisen hiukkasmittarin mittaustuloksia tulkittaessa.