基于卡尔曼滤波的差分光学吸收光谱法

针对差分光学吸收光谱(DOAS)技术中气体吸收结构的重叠问题,提出利用卡尔曼滤波进行光谱校正.卡尔曼滤波是一种递推式的现代滤波方法,它在吸收结构严重重叠的情况下,仍可得到很好的分析结果.文中简介了差分光学吸收光谱法,分析了卡尔曼滤波原理,并应用卡尔曼滤波对大气中SO2的差分光学吸收光谱进行了研究,同时探讨了大气中NO2和O3对SO2测量的影响.实验结果表明,该方法可有效地校正重叠,提高了DOAS系统的精度.     

基于差分吸收光谱法的烷烃气体检测系统的研制

利用差分吸收光谱（DOAS）技术研制开发了一套烷烃类气体检测实验系统,在该实验系统上测量了CH4的吸收光谱以及吸收截面,并利用这些参数开展了CH4气体浓度反演算法的研究.实验结果表明：在常温常压下,CH4的检测结果与标准浓度之间的线性拟合系数R2为0.9998,误差小于3%,CH4的最低检测限为0.01%.这些工作为烷烃光谱录井仪的研发奠定了基础.     

利用小波变换消除颗粒物Mie散射对DOAS技术的影响

为消除烟气中颗粒物Mie散射对差分吸收光谱(DOAS)法反演气体浓度的影响,提出了多项式结合小波变换的滤波方法.数值研究结果表明:对不同的颗粒物浓度和不同的气体浓度,采用该滤波方法都能够大幅度降低气体浓度的反演误差,且小波变换的层数随颗粒物浓度的增加而增加.实验研究表明:基于该滤波方法的DOAS技术,对0~1377.2mg/m3范围内的SO2气体,其浓度反演误差大都在10%以内,零点漂移由50.96mg/m3降为9.96mg,/m3,提高了DOAS技术的测量精度.     

差分吸收光谱技术及在大气监测领域中的应用

差分吸收光谱技术(DOAS：Differential Optical Absorption Spectroscopy)是一种光谱监测技术，其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度。凭借其低廉且简单的设备装置和出色的监测能力，DOAS技术在大气监测领域内在国外已经被广泛应用。鉴于国内的污染形势的日益严峻及对此新兴技术知识的匮乏。对于DOAS技术的工作原理、浓度反演方法及其在大气研究领域内的应用与发展前景做了较为详细的介绍，为今后在大气监测领域里研究和应用DOAS技术提供了必要的理论知识。     

红外烷烃光谱录井分析仪的软件开发

自主研发了红外烷烃光谱录井分析仪,以差分吸收光谱(DOAS)理论为基础,MFC为框架设计实现了软件的用户界面.该软件结合最小二乘法、多线程编程等技术,实现了光谱采集、显示、保存,待测气中各烷烃气体浓度的反演,以及串口的实时传输.现场测试结果表明:该软件运行稳定可靠,能实时反演出烷烃气体浓度信息,满足红外烷烃光谱录的实际现场需求.     

小波变换-差分吸收光谱法在NO气体浓度反演过程中的研究

差分吸收光谱法通过快变("窄带"高频)分子特征吸收部分来区别微量气体种类。在实际的测量中由于系统噪声信号叠加在吸收光谱上,进而影响测量结果。差分吸收光谱法较为常见的去噪分析方法为多项式拟合平滑滤波的方式,因此提出在不影响原有差分吸收光学密度细节的基础上采用小波变换-差分吸收光谱法进行逐层解析去噪。首先,利用软阈值小波去噪处理随波长在0上下波动的差分光学密度曲线,然后取绝对值求其绝对面积积分。不同气体浓度的差分吸收光学密度的面积积分不同,以此建立浓度反演方程,提高了反演精度。对于本系统而言采用db4母小波的小波母函数和一层分解层数效果最好。     

基于DOAS的机动车NO排放检测优化设计

基于紫外差分吸收光谱(differential optical absorption spectroscopy,DOAS)技术,引入最小二乘法实现对机动车排气烟羽中的NO气体检测。利用DOAS测量原理和差分光路,在自制试验平台上注入给定标准体积分数的NO气体,通过对光谱数据采集及理论优化设计,确定目标函数,获取NO差分吸收度随体积分数变化规律及反演计算理论方法,为消除非线性干扰,利用多项式拟合方法实现NO气体体积分数测量结果的非线性补偿。试验与分析计算结果表明,所提出的方法对NO气体体积分数测量达到了优化的效果,提升了检测的准确性和稳定性,因此具有实际应用价值。     

差分吸收光谱技术在大气监测领域中的应用

随着人类经济的高速发展,环境污染和生态破坏日益严重,突发性环境污染事件也时有发生。如何防治污染、保护环境,成为当代科学的一个课题。痕量气体光谱分析技术检测大气污染具有检测范围广、速度快、成本低,且便于进行长期的动态检测等优势。差分光学吸收光谱技术(DOAS)是探测大气中痕量气体成分的现代光谱遥测技术。由于其高准确性和高分辨率、可同时对多种气体进行测量等优点被广泛用于城市空气质量、污染源排放(如:高速公路、企业排放)、对流层和平流层的大气痕量气体成分及自由基的测量。它可以同时测量大气中多种气体分子,如CO2、SO2、NOx等。本文介绍了主要介绍差分吸收光谱技术的原理、测量精度影响因素及其在大气监测领域中的应用。     

染料浓度对双光子吸收截面测量的影响

使用一台带二次谐波发生器的调Q Nd:YAG激光器,用比较荧光法测量了不同浓度下Rhodamine 10和Rhodamine 640染料的双光子吸收截面。本文报导了双光子吸收截面与染料浓度间关系的实验结果并指出测量双光子吸收截面时所应采取的合适的染料浓度范围。     

DOAS大气污染监测系统中的VC++与Matlab联合编程

提出一种Matlab和VC 混合编程的方法并应用到差分光学吸收光谱(DOAS)大气污染监测系统中.根据数值计算精度要求,引用一种矩阵交换文件的方法来简化程序结构,使Matlab和VC 的编程可独立进行;介绍了一种将Matlab代码转换成为VC 代码的方法,它可以编译出单独的高效可执行程序,而不需要计算机系统中具有Matlab环境.对于SO2、NO和NO2的实验结果表明,该方法非常有效.该系统的测量范围从1×10-6到1×10-4,单组分的测量误差在1500之内.     

一种提高长光程DOAS分析仪测量精度的方法与数据分析

为进一步提高长光程DOAS分析仪对环境空气中污染物的测量精度,特别是O3的测量精度,对该分析仪进行了改进。结果表明,通过在望远镜筒内增加内置角反射镜并升级仪器相关部件,可以有效消除系统光学背景,提高光谱采集板信噪比,解决长光程DOAS分析仪与点式分析仪测量O3数据趋势不一致的问题。     

基于差分光学吸收光谱技术检测室内空气质量研究

基于差分光学吸收光谱法原理,研究了一套室内空气质量检测装置.用可调谐二极管激光作为传感光源,采用波长调制方法,通过对谐波信号进行光电探测可得气体浓度.还特别设计了一个利用多个凹面反射镜来延长测量光程的光学系统,可提高系统的检测灵敏度.     

利用被动DOAS和主动DOAS研究城市大气NO2污染

利用天顶被动DOAS(Differential Optical Absorption Spectroscopy)和主动长程DOAS系统分别反演出2007年93 d的对流层NO2垂直柱密度和近地面NO2的平均浓度.近地面NO2日均浓度Csurface≥8.0×10-2mg·m-3(Air Pollution Index,...     

以DOAS为基础的环境自动监测技术与仪器进展

评述以差分吸收光谱(DOAS)为基础的环境自动监测的技术原理、发展现状和存在的问题,重点讨论其在环境空气质量在线监测、大气污染源排放在线监测、机动车尾气在线监测和远程检测方面的应用.     

偶氮苯饱和吸收的光学双稳态的稳态理论研究

通过理论模拟,研究了稳态条件下,基于偶氮苯光致异构的饱和吸收效应的光学双稳态性质.首先计算了在饱和吸收条件下样品的透射率随入射光强的变化关系,然后计算在饱和吸收条件下光学双稳态过程.结果表明,在稳态条件下,基于偶氮苯的光致异构过程能够实现光学双稳态的开关过程,光学双稳态开关过程主要受以下3个因数影响:①样品的温度(用K参数表示),研究表明偶氮苯稳态条件下开关过程随K值的增大而明显增强;②反式偶氮苯分子的吸收截面σT,双稳态开关过程随σT的增加而增强;③顺式偶氮苯分子的吸收截面σC,开关过程随σC的增加而减弱.     

差分光学吸收光谱法测量大气中的亚硝酸

应用差分光学吸收光谱法在复旦大学校园内选取适当的地点对亚硝酸(HONO)进行了为期近3个半月的监测(从2002-12-14至2003-04-01),通过测得的数据,分析了亚硝酸在监测期间的浓度变化规律,以及在1日内HONO与NO2,O3的变化规律,得到的结果与国外报道相符合．     

面向GF-5卫星高光谱传感器的浑浊水体叶绿素a浓度反演算法研究——以鄱阳湖为例

为了分析即将发射的高分5号卫星(GF-5)的高光谱数据在内陆水体水色遥感中的应用潜力,以鄱阳湖为研究区域,利用2009年、2011年和2016年共134组现场实测光谱及其对应的叶绿素a、总悬浮物浓度数据,考虑高浑浊水体引起的叶绿素a浓度变化的光谱响应差异,在进行水体光学分区基础上通过光谱模拟与差分处理开展了叶绿素a浓度跨阶分高光谱反演研究.结果表明：1)进行光学分区有利于提高反演精度,非高浑浊水体(NDCI≥0.06)区域,反演模型判定系数R2达到0.82,均方根误差RMSE为1.12,平均相对误差MRE为0.32,而不进行光学分区的全湖区反演建模R2仅为0.37;2) 相较于鄱阳湖前期研究得到的最优多波段反演模型(R2＝0.76),利用495、591、675、679、684、688、692和696 nm等波长的原始光谱以及差分光谱(一阶差分、二阶差分)建立的跨阶分多波段组合模型可以更有效地反演非高浑浊水体叶绿素a浓度(R2＝0.82),但对于高浑浊水体(NDCI<0.06),叶绿素a浓度的高光谱反演能力还需要进一步挖掘.     

卟啉材料在激光防护上的应用

研究卟啉材料的激光防护特性.基于卟啉-蒽化合物的分子结构特点及其光子吸收截面计算公式,研究了卟啉-蒽化合物的双光子和三光子吸收特性.结果表明,卟啉-蒽化合物具有很好的非线性光学吸收效应,其光学吸收谱可以覆盖很宽的波长范围,这种非线性光学吸收效应可以用于抵御不同波长激光武器的攻击.     

用DOAS法测量厦门地区大气中NO2的浓度

利用太阳作为光源．以美国国家天台所测量的太阳光谱为参考光谱．应用分光光度计分别在厦门东渡气象站和厦门大学对太阳进行跟踪测量．并对得到的光谱数据进行分析．利用差分光学吸收光谱方法反演大气中痕量气体浓度，并将最小二乘法应用于数据反演中．成功地得到大气中NO2的垂直柱浓度；利用光学遥测方法得到了厦门地区上空NO2含量及其变化．经过分析与讨论．我们计算的结果与环境监测部门采用气象常规方法测量的数据基本一致．证实了利用该方法可以较好地监测城市上空大气的污染情况．对空气中有害气体的光学遥测提供了有效的测量手段．     

一类强双光子吸收分子材料的理论研究

在哈特利-福克理论基础上，从第一性原理出发，对最近合成的双光子有机分子材料的非线性光学特性进行了理论研究。计算结果表明，该类有机分子具有较大的双光子吸收截面。