第一章 引言
1.1 油烟污染的现状与危害
餐饮业、工业锅炉及居民烹饪产生的油烟是城市大气污染的重要来源。其包含的颗粒物(PM2.5/PM10)、挥发性有机物(VOCs)及氮氧化物(NOx)等成分，不仅危害人体健康(如呼吸系统疾病)，还会加剧温室效应与臭氧污染。
1.2 传统监测技术的局限性
人工采样法：周期长、效率低，无法实时反映污染动态；
电化学传感器：易受油烟颗粒物堵塞，长期稳定性差；
紫外光散射法：仅能检测颗粒物浓度，无法区分气体组分。
1.3 激光散射与红外光谱技术的优势
油烟在线监测仪中的激光散射技术通过测量光与颗粒物的相互作用，可实时获取粒径分布与浓度信息；红外光谱技术则基于分子振动吸收特性，可精准识别VOCs成分。二者的协同应用实现了多参数同步检测与高精度定量分析，成为油烟在线监测的主流方案。
第二章 核心技术原理
2.1 激光散射技术
2.1.1 基本原理
米氏散射定律：激光照射油烟颗粒时，散射光强度与颗粒直径、折射率相关；
前向散射法：通过测量散射光角度分布反演颗粒粒径分布(PM2.5/PM10)。
2.1.2 关键技术参数
| 参数 | 典型值 | 说明 |
| 激光波长 | 635nm（可见光） | 避免油烟中有机物的荧光干扰 |
| 散射角度范围 | 0°-90° | 覆盖从细颗粒到粗颗粒的全谱段 |
| 测量精度 | ±5%（浓度） | 符合GB/T 18883-2022标准 |
2.2 红外光谱技术
2.2.1 基本原理
分子振动吸收：不同气体分子对特定红外波长的吸收特性不同；
傅里叶变换红外光谱(FTIR)：通过干涉图解析气体成分的“指纹图谱”。
2.2.2 关键技术参数
| 参数 | 典型值 | 说明 |
| 光谱分辨率 | 0.5cm⁻¹ | 区分相近分子（如丙酮与乙醛） |
| 检测限 | ≤1ppm（VOCs） | 满足低浓度污染物监测需求 |
| 抗干扰能力 | 温度漂移补偿±0.1℃/min | 适应厨房复杂温湿度环境 |
2.3 多传感器协同工作机制
2.3.1 数据融合策略
时间同步采样：激光散射与红外光谱传感器以微秒级同步采集数据；
特征关联分析：通过小波包分解提取时频域特征，建立油烟组分-散射强度映射模型。
2.3.2 动态基线校正
零气补偿：定期通入高纯度氮气校准传感器零点漂移；
环境自适应：基于LSTM网络的温湿度补偿算法，消除环境干扰。
第三章 系统架构与硬件设计
3.1 硬件模块组成
3.1.1 激光散射模块
光源：半导体激光器(寿命≥10,000小时)；
光学腔体：双反射镜设计，减少光路损耗；
探测器：硅光电二极管，响应时间≤10ns。
3.1.2 红外光谱模块
干涉仪：迈克耳逊干涉仪，精度达λ/1000；
探测器阵列：汞镉碲(MCT)探测器，覆盖3-25μm波段；
滤光片轮盘：预设16种气体特征吸收峰滤光片。
3.1.3 辅助系统
温湿度传感器：SHT35系列，精度±0.5℃/±3%RH；
气泵与采样管路：不锈钢材质，耐腐蚀且低吸附；
通信模块：支持4G/LoRa/Wi-Fi 6，实现数据实时上传。
3.2 软件算法框架
3.2.1 数据预处理
噪声滤波：小波降噪算法消除高频电磁干扰；
基线校正：基于最小二乘法的动态基线拟合。
3.2.2 成分识别与定量
散射-光谱关联模型：
def predict_components(laser_data, ir_spectrum):
# 输入：激光散射强度数组、红外光谱数组
# 输出：油烟浓度预测值(PM2.5、PM10、VOCs组分)
pm25 = kalman_filter(laser_data) # 卡尔曼滤波优化粒径反演
voc_profile = cnn_classifier(ir_spectrum) # CNN识别VOCs特征峰
return {"PM2.5": pm25, "VOCs": voc_profile}
机器学习模型：随机森林回归(R²=0.92)与图神经网络(GNN)结合，提升复杂混合物解析精度。
第四章 油烟在线监测仪典型应用场景与案例分析
4.1 餐饮业油烟治理
4.1.1 背景：北京市要求餐饮企业安装油烟在线监测仪，实时上传数据至环保平台；
4.1.2 实施方案：
在厨房排烟口部署激光散射-红外光谱复合传感器；
设置阈值报警(PM2.5≥5mg/m³触发净化设备启动)。
4.1.3 成效：
油烟投诉率下降75%；
年均减排油烟颗粒物约2.3吨/家。
4.2 工业锅炉废气监测
4.2.1 技术难点：锅炉废气中含高浓度NOx与硫化物，干扰VOCs检测；
4.2.2 解决方案：
气体预处理：增设活性炭吸附塔与冷凝器，去除颗粒物与水分；
光谱库扩展：基于FTIR建立包含200+种工业废气成分的数据库。
4.2.3 成果：
检测准确率从85%提升至98%；
环保处罚风险降低90%。
4.3 城市网格化监测网络
4.3.1 部署方案：
在重点区域(如商业区、交通干道)安装油烟监测仪，形成“感知-传输-分析”闭环；
结合GIS地图可视化污染热力分布。
4.3.2 社会效益：
重污染天数同比减少30%；
政府监管效率提升50%。
