請(qǐng)注意！您沒(méi)有啟用宏！不啟用宏，本申請(qǐng)書中的所有按鈕操作將被禁用，填寫、檢查、保護(hù)、版本管理等功能將無(wú)法使用。填寫請(qǐng)啟用宏，查看與打印等不必啟用宏。啟用宏的方法：WORD 2003用戶：1. 菜單欄【工具】【宏】【安全性】“安全級(jí)”選“中”；2. 關(guān)閉本文檔并重新打開；3. 打開時(shí)選擇啟用宏。WORD 2007、2010用戶：點(diǎn)擊彈出的安全警告欄（位于工具欄下方），選擇【選項(xiàng)】，然后選擇“啟用此內(nèi)容”并確定。以上信息將不再提示。校團(tuán)委/教務(wù)處 武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新研究基金項(xiàng)目申請(qǐng)書（本科生類，2014版）項(xiàng)目類型：依托競(jìng)賽(I類)、團(tuán)隊(duì)培育(II類)、自主申報(bào)(III類)項(xiàng)目子類：學(xué)生自主申報(bào)項(xiàng)目（III類）項(xiàng)目名稱：利用光折射測(cè)量空氣中PM2.5濃度專業(yè)類別：0702 物理學(xué)類申請(qǐng)人：楊亞鋒聯(lián)系電話子郵箱：337183910所在單位：理學(xué)院申請(qǐng)日期：2014年03月06日1武漢理工大學(xué)2013年11月武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新研究基金項(xiàng)目申請(qǐng)書（本科生類2014版）版本0306164642填寫說(shuō)明1、填寫申請(qǐng)書前，請(qǐng)認(rèn)真閱讀武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新研究基金管理暫行辦法(?？谱?0097號(hào)和武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新研究基金本科生項(xiàng)目實(shí)施細(xì)則。2、申請(qǐng)書各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。請(qǐng)嚴(yán)格按照要求填寫申請(qǐng)書，形式審查不合格的項(xiàng)目申請(qǐng)將被視為無(wú)效申請(qǐng)。3、本申請(qǐng)書包括五個(gè)部分：一、基本信息表（申請(qǐng)人信息、項(xiàng)目信息），二、項(xiàng)目組主要成員表，三、經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)表，四、報(bào)告正文，五、簽字蓋章頁(yè)。其中前三個(gè)部分的信息（簡(jiǎn)稱申請(qǐng)信息）將進(jìn)入學(xué)校數(shù)據(jù)庫(kù)。4、本申請(qǐng)書（Word文檔）中內(nèi)嵌了程序腳本（宏），用于輔助申請(qǐng)人填寫項(xiàng)目類型（子類）、前三部分以及項(xiàng)目編號(hào)，檢查申請(qǐng)信息完整性并保護(hù)文檔。填寫申請(qǐng)書時(shí)，應(yīng)先啟用宏！1）點(diǎn)擊此處的，選擇項(xiàng)目類型和子類。2）點(diǎn)擊第一、二部分表格左側(cè)的按鈕：申請(qǐng)人信息，項(xiàng)目信息， 1 至 8 以及次序，將彈出編輯窗口；請(qǐng)?jiān)诰庉嫶翱谥休斎牖蜻x擇。編輯窗口中帶紅色星號(hào)（*）的項(xiàng)為必填項(xiàng)；編輯窗口下方信息欄會(huì)實(shí)時(shí)給出填寫提示或錯(cuò)誤提醒。3）在第三部分（經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)表）中，請(qǐng)?zhí)顚戭A(yù)算經(jīng)費(fèi)及備注，經(jīng)費(fèi)將被自動(dòng)匯總。5、第四部分（報(bào)告正文）可直接在本申請(qǐng)書中填寫；建議在其它Word文檔中撰寫完后，復(fù)制到本申請(qǐng)書。6、點(diǎn)擊尾頁(yè)或此處的，應(yīng)用程序?qū)⒆詣?dòng)檢查申請(qǐng)信息的完整性和一致性，如有問(wèn)題會(huì)提示更正。通過(guò)檢查后，將以只讀方式保護(hù)申請(qǐng)書并將其設(shè)置成適合打印與提交的樣式。上交申請(qǐng)書前，應(yīng)該先“檢查與保護(hù)”。7、如需再編輯文檔，包括更改前三部分的申請(qǐng)信息和第四部分的報(bào)告正文，請(qǐng)點(diǎn)擊尾頁(yè)或此處的。再編輯后需再次“檢查與保護(hù)”。每次“檢查與保護(hù)”后申請(qǐng)書會(huì)以新的文件名（版本號(hào)）保存。請(qǐng)勿重命名。舊版本可自行刪除。8、點(diǎn)擊申請(qǐng)書首頁(yè)或此處的，可填寫由學(xué)校指定的項(xiàng)目編號(hào)。上交的的申請(qǐng)書（正式版）中，一定要有項(xiàng)目編號(hào)。9、申請(qǐng)書為A4開本，于左側(cè)裝訂成冊(cè)，雙面打印，一式三份。需向?qū)W校報(bào)送一份申請(qǐng)書原件（有關(guān)各方簽字、簽署意見(jiàn)并簽章后，由學(xué)院統(tǒng)一報(bào)送）。其他兩份申請(qǐng)書由所在單位及申請(qǐng)人個(gè)人留存?zhèn)錂n。10、填報(bào)申請(qǐng)書的詳細(xì)說(shuō)明，可參考自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目申請(qǐng)書使用說(shuō)明。11一、基本信息表姓名楊亞鋒性別男民族漢族出生年月1993-05身份證號(hào)0121214420209學(xué)院理學(xué)院專業(yè)班級(jí)電信科1202電Q337183910電子郵箱337183910申請(qǐng)人曾參與科研情況（限100字）參與學(xué)校組織的學(xué)科競(jìng)賽并獲得物理課程知識(shí)學(xué)習(xí)一等獎(jiǎng)和物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能一等獎(jiǎng)；獲得國(guó)家勵(lì)志獎(jiǎng)學(xué)金。指導(dǎo)教師姓名職稱/學(xué)位所在單位聯(lián)系電話電子郵箱陳鳳翔副教授/博士理學(xué)院15807177658984166892項(xiàng)目名稱利用光折射測(cè)量空氣中PM2.5濃度項(xiàng)目研究所屬專業(yè)/學(xué)科專業(yè)類別代碼0702二級(jí)學(xué)科代碼14030專業(yè)類別名稱物理學(xué)類二級(jí)學(xué)科名稱光學(xué)申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)（萬(wàn)元）0.55起止年月2014-05至2015-10研究預(yù)期成果類型首選1 自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文關(guān)鍵詞（分號(hào)分隔，最多五個(gè)）激光；折射率；PM2.5中文摘要（限400字）本項(xiàng)目擬開發(fā)一種全新的基于光折射率變化測(cè)量PM2.5濃度的裝置。首先從理論上研究光折射率與PM2.5濃度間的關(guān)系；其次在實(shí)驗(yàn)上通過(guò)對(duì)混有PM2.5的空氣所形成的氣膠體進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)PM2.5顆粒在小范圍內(nèi)的高富集，通過(guò)測(cè)量PM2.5富集區(qū)內(nèi)光折射率的變化，反演出原始空氣中PM2.5的濃度，并開發(fā)出相應(yīng)測(cè)試裝置，提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量空氣中PM2.5濃度的變化，為“健康生活”提供更好的參考。武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新研究基金項(xiàng)目申請(qǐng)書（本科生類2014版）版本0306164642二、項(xiàng)目主要成員表（注：項(xiàng)目主要成員不包含項(xiàng)目申請(qǐng)人）姓名學(xué)院年級(jí)專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)電話項(xiàng)目分工 年參加月數(shù)簽名武漢理學(xué)院大二電信科12020121214420201搭建實(shí)驗(yàn)裝置，制作實(shí)物模型12朱文浩理學(xué)院大二電信科12020121214420211搭建實(shí)驗(yàn)裝置，制作實(shí)物模型12王青理學(xué)院大二電信科12020121214420217搭建實(shí)驗(yàn)裝置，制作實(shí)物模型12董曉旭理學(xué)院大二電信科12020121214420231測(cè)量12舒曉榕理學(xué)院大二電信科12020121214420229測(cè)量12參與人數(shù)統(tǒng)計(jì)子表：總?cè)藬?shù)大一大二大三大四大五研一研二研三66說(shuō)明：a)點(diǎn)擊表格左上角“次序”按鈕，可對(duì)項(xiàng)目主要成員次序進(jìn)行調(diào)整。b)參與人數(shù)統(tǒng)計(jì)子表“總?cè)藬?shù)”需填寫；其他項(xiàng)為零可不填。武漢理工大學(xué)自主創(chuàng)新研究基金項(xiàng)目申請(qǐng)書（本科生類2014版）版本0306164642三、經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)表預(yù)算科目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)（萬(wàn)元）年度預(yù)算經(jīng)費(fèi)（萬(wàn)元）備注（計(jì)算依據(jù)與說(shuō)明）201420151.設(shè)備費(fèi)0.002.材料費(fèi)0.400.200.20購(gòu)買空氣壓縮、光電傳感器等3.測(cè)試化驗(yàn)加工費(fèi)0.050.05單片機(jī)PCB板開發(fā)加工4.差旅費(fèi)0.005.會(huì)議費(fèi)0.006.國(guó)際合作與交流費(fèi)0.007.出版/文獻(xiàn)/信息傳播/知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)費(fèi)0.100.10論文版面費(fèi)8.勞務(wù)費(fèi)0.00總計(jì)0.550.200.35說(shuō)明：年度預(yù)算經(jīng)費(fèi)只需填寫不為零的項(xiàng)；如總計(jì)行未及時(shí)更新，請(qǐng)任選一項(xiàng)，按TAB鍵。四、報(bào)告正文1 項(xiàng)目背景及研究意義在環(huán)境日益惡化的今天，尋找其真正的源頭已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題了，而其中占很大比例的就是PM2.5。PM2.5學(xué)名細(xì)顆粒物，又稱細(xì)粒、細(xì)顆粒。細(xì)顆粒指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物。它能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。早在1997年，美國(guó)已經(jīng)提出PM2.5檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但是被大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)忽略，直到2010年被重新提及，除美國(guó)和歐盟一些國(guó)家將細(xì)顆粒物納入國(guó)標(biāo)并進(jìn)行強(qiáng)制性限制外，世界上大部分國(guó)家都還未開展對(duì)細(xì)顆粒物的監(jiān)測(cè)，大多通行只對(duì)PM10進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在我國(guó)，2011年1月1日首次才對(duì)PM2.5的測(cè)定進(jìn)行規(guī)范，但PM2.5監(jiān)測(cè)只是在環(huán)保部進(jìn)行的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)修訂中，并沒(méi)有被納入強(qiáng)制性檢測(cè)指標(biāo)。一年后，環(huán)保部要求74個(gè)城市在10月底完成PM2.5“國(guó)控點(diǎn)”監(jiān)測(cè)的試運(yùn)行。在正式檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)北、上、廣等一線城市PM2.5指標(biāo)顯著高于其他城市。此外，PM2.5還呈現(xiàn)出一種逐年遞增的趨勢(shì)。2011年，我國(guó)地區(qū)最高PM2.5含量達(dá)到80微克每立方米，由PM2.5引起的霧霾天氣比沙塵暴帶來(lái)的危害更大。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。通常來(lái)說(shuō)，粒徑10微米以上的顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5微米至10微米之間的顆粒物，能夠進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過(guò)痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較小；而粒徑在2.5微米以下的細(xì)顆粒物，直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的1/10大小，不易被阻擋，被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。而人體的生理結(jié)構(gòu)決定了我們的呼吸系統(tǒng)對(duì)PM2.5沒(méi)有任何過(guò)濾、阻攔能力。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，PM2.5對(duì)人類健康的危害逐步暴露出其恐怖的一面。每個(gè)人每天平均要吸入約1萬(wàn)升的空氣，進(jìn)入肺泡的微塵可迅速被吸收、不經(jīng)過(guò)肝臟解毒直接進(jìn)入血液循環(huán)分布到全身；其次，會(huì)損害血紅蛋白輸送氧的能力，喪失血液。對(duì)貧血和血液循環(huán)障礙的病人來(lái)說(shuō)，可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果。例如可以加重呼吸系統(tǒng)疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠狀動(dòng)脈等心臟疾病。由于這些顆粒還可以通過(guò)支氣管和肺泡進(jìn)入血液，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，對(duì)人體健康的傷害更大。既然PM2.5對(duì)我們的危害如此之大，如何有效檢測(cè)PM2.5就成了一個(gè)重要的待解決問(wèn)題?，F(xiàn)行的PM2.5測(cè)量法有稱重法，射線吸收法和微量振蕩天平法。三種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。稱重法最直接可靠，但是需人工稱重，程序繁瑣費(fèi)時(shí)，且不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；射線吸收法屬于一種間接測(cè)量方法，其優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于遠(yuǎn)程測(cè)量，減少人工工作量，但其成本相對(duì)較高；微量振蕩天平法也屬于稱重法的一種，屬于直接測(cè)量，準(zhǔn)確度較高，其成本也相對(duì)較高。在本項(xiàng)目中，我們將利用光折射原理來(lái)測(cè)量空氣中PM2.5的濃度。與其他幾種方法對(duì)比，這種方法測(cè)量簡(jiǎn)單，精度高，使用方便，成本低，而且能對(duì)PM2.5濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染源，控制污染擴(kuò)散，為“健康生活”提供更好的保證。2 項(xiàng)目研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題研究目標(biāo)本項(xiàng)目擬建立一種新的測(cè)量PM2.5濃度的方法。理論上，研究光折射率與PM2.5濃度間的關(guān)系；實(shí)驗(yàn)上，通過(guò)將混有PM2.5的空氣所形成的氣膠體進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)的PM2.5顆粒的富集，通過(guò)測(cè)量光折射率的變化，反演出原始空氣中PM2.5的濃度。研究?jī)?nèi)容1、光折射率與PM2.5濃度之間的關(guān)系通過(guò)理論推導(dǎo)建立光通過(guò)混有PM2.5的氣溶膠時(shí)，其折射率與PM2.5濃度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。2、空氣中PM2.5的過(guò)濾與富集通過(guò)將混有PM2.5的空氣以一定速率流過(guò)過(guò)濾裝置，先濾除其中的PM10和其他較大的雜質(zhì)，僅讓PM2.5隨氣流進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置，并通過(guò)另一過(guò)濾裝置將空氣中混有的PM2.5過(guò)濾，留在具有一定體積的實(shí)驗(yàn)裝置中，排出潔凈空氣，實(shí)現(xiàn)PM2.5的富集。3、光折射率的測(cè)量通過(guò)激光和光電傳感器件結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算測(cè)量光折射率。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 1在測(cè)試裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗地富集PM2.5；2折射率的測(cè)量，擬使用光電傳感器件；3理論上折射率與PM2.5濃度的關(guān)系的計(jì)算和測(cè)量結(jié)果對(duì)理論推導(dǎo)結(jié)果的修正。3 項(xiàng)目研究的實(shí)施方案及擬采取的研究方法和技術(shù)路線研究方法圖1 研究方法圖實(shí)施方案1.大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，并和指導(dǎo)老師討論，學(xué)習(xí)更深入的光學(xué)方面的知識(shí)；2.理論推導(dǎo)氣溶膠折射率與其中含有的PM2.5濃度的關(guān)系；3.搭建實(shí)驗(yàn)裝置；4.根據(jù)測(cè)得的折射率，結(jié)合理論推導(dǎo)結(jié)果，給出PM2.5濃度的預(yù)測(cè)估計(jì)值；5.與氣象觀測(cè)站的標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行修正和改進(jìn)；6.制作出用于實(shí)際測(cè)量的實(shí)物模型，利用光電傳感器件結(jié)合計(jì)算機(jī)的信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)PM2.5濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)告。技術(shù)路線項(xiàng)目分兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行。1. 理論推導(dǎo)氣溶膠的折射率與其中所含有的PM2.5微粒的濃度之間的關(guān)系。通過(guò)查閱資料和在老師的指導(dǎo)下自學(xué)光學(xué)方面的知識(shí)，通過(guò)理論計(jì)算得出。2. 折射率的測(cè)量。首先通過(guò)空氣壓縮機(jī)將混有PM2.5和其他雜質(zhì)的空氣以一定速率通過(guò)第一個(gè)過(guò)濾裝置，過(guò)濾掉其中的PM10和其他較大的灰塵顆粒，然后再讓氣流通過(guò)第二層過(guò)濾裝置，將其中的PM2.5截留下來(lái)，在放有測(cè)量器件的具有一定體積的裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)PM2.5的富集，并進(jìn)行測(cè)量。將一束激光射入氣溶膠內(nèi)，通過(guò)光電傳感器件測(cè)量出出射光線的位置偏轉(zhuǎn)，結(jié)合相關(guān)理論可以計(jì)算出裝置內(nèi)含有PM2.5的氣溶膠的折射率。圖2 測(cè)量折射率的原理簡(jiǎn)圖上述兩個(gè)步驟完成后，便可以依據(jù)理論計(jì)算的結(jié)果和所測(cè)量出的折射率對(duì)測(cè)量裝置內(nèi)的PM2.5濃度做出估計(jì)，同時(shí)通過(guò)抽入的空氣的體積和測(cè)量裝置的體積關(guān)系，換算出實(shí)際空氣中PM2.5的濃度，將所得結(jié)果和氣象觀測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步對(duì)理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行修正和改進(jìn)，使預(yù)測(cè)估計(jì)更加準(zhǔn)確。4 項(xiàng)目的可行性分析氣溶膠（aerosol）是由固體或液體小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系，又稱氣體分散體系。其分散相為固體或液體小質(zhì)點(diǎn)，其大小為0.001100微米，分散介質(zhì)為氣體。氣溶膠中的粒子具有很多特有的動(dòng)力性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)，電學(xué)性質(zhì)。比如布朗運(yùn)動(dòng),光的折射，象彩虹,月暈之類都是因?yàn)楣饩€穿過(guò)大氣層而引起的折射現(xiàn)象。而空氣中含有大量的PM2.5，那么也形成了氣溶膠。顯然，氣溶膠的折射率與其中所含有的粒子的濃度有關(guān)。因此采用折射率的變化來(lái)反推氣溶膠中顆粒濃度是可行的。在研究團(tuán)隊(duì)方面，邀請(qǐng)了陳鳳翔副教授作為項(xiàng)目指導(dǎo)。整個(gè)項(xiàng)目組的同學(xué)都勤奮好學(xué)、極富鉆研精神，其中