煤炭生产过程中的许多作业环节如采煤、掘进、 移架、输运等，都会产生大量粉尘，且随着我国煤矿采掘机械化水平提高，作业产尘量成倍增加。高质量浓度煤尘不仅会降低作业现场能见度、损伤机械设备， 还可引发爆炸事故、威胁作业人员健康、诱发尘肺病。因此，亟需开展煤矿粉尘源头防控，遏制事故及尘肺 病的发生。粉尘监测是实现粉尘有效防控的关键前提，准确实时监测粉尘暴露对提醒煤矿工人及时采取有效防护措施以减少粉尘暴露至关重要。

国内外针对煤尘监测技术和装备开展了大量研究。我国职业卫生标准 GBZ/T 192—2007《工作场所空气中粉尘测定》中的滤膜称重法仍是目前广泛采用的一种方法，其测量原理简单、结果可靠、准确度高，测量不受颗粒物形状、大小、颜色等因素影响，在国内外都被认定为职业卫生合规性检查手段，同时也常作为其他粉尘测量技术的参比与校准手段，但是该方法操作繁琐，测量周期长，粉尘质量浓度监测实时性差，无法获取测量期间的粉尘质量浓度变化信息。 基于红外光吸收原理的矿用防爆直读式粉尘质量浓度测量仪(如 CCHZ−1000 型)目前已在很多煤矿井下推广应用，该仪器通过测量采集粉尘后滤膜的消光情况而间接实现对粉尘质量浓度的测量，可现场及时提供测量结果;此外也有研究提出一种无需粉尘采样的原位粉尘光吸收测量方法，其响应速度快，但由于样品池光程长度所限，该方法只适用于粉尘质量浓度较高的环境，并且结果会受到环境、电路和粉尘化学及表面性质等影响。基于光散射原理的粉尘监测仪 (如美国TSI开发的 DustTrak和 SidePak、 我国的GCG1000型) 具有高时间分辨率、非侵入性的优点，能在低浓度下提供高准确度，广泛应用于颗粒特性参数测量，但应用于煤矿作业场所时存在抽尘管道易堵塞、感光元件易污染、传感器难维护等难题，可能会导致其检测精度降低甚至失效，需要在监测之前采用系统的方法对传感器进行评估和有效校准。电荷感应粉尘监测仪 (如中煤科工集团开发的GCD1000型)测量范围宽、适应性强、经久耐用、维护量小，但因粉尘感应电量十分微弱，该方法对低粉尘质量浓度的检测有局限性。β射线法也是确定矿井粉尘质量浓度的主要方法之一，不受粉尘种类、粒度、分散度、形状、颜色、光泽等因素影响，具有较高的准确性和稳定性，后期维护量小、成本低，但准确性会受到探测光束上辐射强度波动的影响。以上所述的光吸收、光散射、电荷感应和β射线原理的直读式粉尘监测技术的测量结果普遍受粉尘组分、粒径分布和环境温湿度影响，需在使用前针对特定环境和粉尘类型进行校准;而基于振荡天平原理的粉尘测量仪测量结果不受粉尘性质和环境干扰，亦可快速连续输出结果。

锥形元件振荡微天平 (Tapered Element Oscillating Microbalance，TEOM) 技术具有测量精度高和自动化程度高的优点，能够实现连续在线测量，并由于其采用振荡频率对粉尘质量浓度进行测量，因而适用范围广、准确度高。在颗粒物质量浓度测试中，其测量结果与参考采样器之间具有非常高的一致性。基于TEOM原理的粉尘监测仪PDM3700已被美国矿山安全健康管理局 (Mine Safety and Health Adminis- tration，MSHA) 和国家职业健康研究院 (National In- stitute for Occupational Safety and Health，NIOSH) 联合批准用于煤矿。自2016年起，MSHA 规定煤矿粉尘质量浓度较高的岗位工人佩戴PDM3700，以监测矿工粉尘暴露情况;而该类振荡天平法作业场所粉尘测定仪在国内尚属空白。

本研究开发了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪，解决了其核心振荡元件的设计制造以及振荡回路的控制难题。振荡管是该仪器的核心传感元件，其材料的性质以及尺寸精度直接决定了传感器的温度稳定性，开发了全新的低热敏性材料和对应的一体成型技术，解决了传统TEOM质量传感器温度漂移和预热时间长的难题;振荡频率的稳定控制是保证仪器输出准确性的关键，国外采用模拟控制电路，其频率读取精度受限于电子元器件的稳定性且测量范围小，本研究开发了数字化自激振荡控制算法，实现了频率的高灵敏和大量程测量。该仪器属国内首创，自主知识产权可控，有望为指导粉尘的及时控制与矿工职业健康安全提供快速、准确、连续的测试手段。