第一章 引言
1.1 油煙污染的現狀與危害
餐飲業、工業鍋爐及居民烹飪產生的油煙是城市大氣污染的重要來源。其包含的顆粒物(PM2.5/PM10)、揮發性有機物(VOCs)及氮氧化物(NOx)等成分，不僅危害人體健康(如呼吸系統疾病)，還會加劇溫室效應與臭氧污染。
1.2 傳統監測技術的局限性
人工采樣法：周期長、效率低，無法實時反映污染動態；
電化學傳感器：易受油煙顆粒物堵塞，長期穩定性差；
紫外光散射法：僅能檢測顆粒物濃度，無法區分氣體組分。
1.3 激光散射與紅外光譜技術的優勢
油煙在線監測儀中的激光散射技術通過測量光與顆粒物的相互作用，可實時獲取粒徑分布與濃度信息；紅外光譜技術則基于分子振動吸收特性，可精準識別VOCs成分。二者的協同應用實現了多參數同步檢測與高精度定量分析，成為油煙在線監測的主流方案。
第二章 核心技術原理
2.1 激光散射技術
2.1.1 基本原理
米氏散射定律：激光照射油煙顆粒時，散射光強度與顆粒直徑、折射率相關；
前向散射法：通過測量散射光角度分布反演顆粒粒徑分布(PM2.5/PM10)。
2.1.2 關鍵技術參數
| 參數 | 典型值 | 說明 |
| 激光波長 | 635nm（可見光） | 避免油煙中有機物的熒光干擾 |
| 散射角度范圍 | 0°-90° | 覆蓋從細顆粒到粗顆粒的全譜段 |
| 測量精度 | ±5%（濃度） | 符合GB/T 18883-2022標準 |
2.2 紅外光譜技術
2.2.1 基本原理
分子振動吸收：不同氣體分子對特定紅外波長的吸收特性不同；
傅里葉變換紅外光譜(FTIR)：通過干涉圖解析氣體成分的“指紋圖譜”。
2.2.2 關鍵技術參數
| 參數 | 典型值 | 說明 |
| 光譜分辨率 | 0.5cm?¹ | 區分相近分子（如丙酮與乙醛） |
| 檢測限 | ≤1ppm（VOCs） | 滿足低濃度污染物監測需求 |
| 抗干擾能力 | 溫度漂移補償±0.1℃/min | 適應廚房復雜溫濕度環境 |
2.3 多傳感器協同工作機制
2.3.1 數據融合策略
時間同步采樣：激光散射與紅外光譜傳感器以微秒級同步采集數據；
特征關聯分析：通過小波包分解提取時頻域特征，建立油煙組分-散射強度映射模型。
2.3.2 動態基線校正
零氣補償：定期通入高純度氮氣校準傳感器零點漂移；
環境自適應：基于LSTM網絡的溫濕度補償算法，消除環境干擾。
第三章 系統架構與硬件設計
3.1 硬件模塊組成
3.1.1 激光散射模塊
光源：半導體激光器(壽命≥10,000小時)；
光學腔體：雙反射鏡設計，減少光路損耗；
探測器：硅光電二極管，響應時間≤10ns。
3.1.2 紅外光譜模塊
干涉儀：邁克耳遜干涉儀，精度達λ/1000；
探測器陣列：汞鎘碲(MCT)探測器，覆蓋3-25μm波段；
濾光片輪盤：預設16種氣體特征吸收峰濾光片。
3.1.3 輔助系統
溫濕度傳感器：SHT35系列，精度±0.5℃/±3%RH；
氣泵與采樣管路：不銹鋼材質，耐腐蝕且低吸附；
通信模塊：支持4G/LoRa/Wi-Fi 6，實現數據實時上傳。
3.2 軟件算法框架
3.2.1 數據預處理
噪聲濾波：小波降噪算法消除高頻電磁干擾；
基線校正：基于最小二乘法的動態基線擬合。
3.2.2 成分識別與定量
散射-光譜關聯模型：
def predict_components(laser_data, ir_spectrum):
# 輸入：激光散射強度數組、紅外光譜數組
# 輸出：油煙濃度預測值(PM2.5、PM10、VOCs組分)
pm25 = kalman_filter(laser_data) # 卡爾曼濾波優化粒徑反演
voc_profile = cnn_classifier(ir_spectrum) # CNN識別VOCs特征峰
return {"PM2.5": pm25, "VOCs": voc_profile}
機器學習模型：隨機森林回歸(R²=0.92)與圖神經網絡(GNN)結合，提升復雜混合物解析精度。
第四章 油煙在線監測儀典型應用場景與案例分析
4.1 餐飲業油煙治理
4.1.1 背景：北京市要求餐飲企業安裝油煙在線監測儀，實時上傳數據至環保平臺；
4.1.2 實施方案：
在廚房排煙口部署激光散射-紅外光譜復合傳感器；
設置閾值報警(PM2.5≥5mg/m³觸發凈化設備啟動)。
4.1.3 成效：
油煙投訴率下降75%；
年均減排油煙顆粒物約2.3噸/家。
4.2 工業鍋爐廢氣監測
4.2.1 技術難點：鍋爐廢氣中含高濃度NOx與硫化物，干擾VOCs檢測；
4.2.2 解決方案：
氣體預處理：增設活性炭吸附塔與冷凝器，去除顆粒物與水分；
光譜庫擴展：基于FTIR建立包含200+種工業廢氣成分的數據庫。
4.2.3 成果：
檢測準確率從85%提升至98%；
環保處罰風險降低90%。
4.3 城市網格化監測網絡
4.3.1 部署方案：
在重點區域(如商業區、交通干道)安裝油煙監測儀，形成“感知-傳輸-分析”閉環；
結合GIS地圖可視化污染熱力分布。
4.3.2 社會效益：
重污染天數同比減少30%；
政府監管效率提升50%。
