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。     

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.     

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.     

基于光声技术的火灾气体探测系统设计

近年来，针对标识性气体的探测成为火灾探测技术中发展最活跃的领域之一。将可检测极低浓度的某一气体的光声检测技术应用于极早期火灾气体产物的检测是一个新的尝试，将可能实现高灵敏度、高可靠性的火灾探测。但常规光声气体检测设备结构复杂、价格昂贵，必须恰当的重新设计才能应用到火灾探测系统中。分析了该技术在火灾探测中应用的关键问题,并提出了一种利用光声腔和光源间的“自由吸收路径”进行测量的光声气体探测系统，避免了对光源的窄带滤波要求，实现了在线式的气体检测。起始状态下，光声腔密封有纯CO气体，吸收光源中4.6 μm的辐射，产生一定强度的初始光声信号；当火灾气体产物流经吸收路径时，其中的CO气体吸收使到达光声腔的光辐射在4.6 μm波长上发生衰减，导致光声信号减弱，这个信号的变化量就反映了吸收路径中的CO气体浓度。     

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.     

计算机层析技术重构算法在大气遥感监测中应用的研究进展

遥感监测是当前大气环境监测中的一项重要手段,该技术与计算机层析技术（CT）相结合,可以对污染源浓度分布进行远距离实时自动监测。本文综述了CT重构算法在大气遥感监测中的研究进展,这些研究成果充分表明,CT与遥感技术联用,对监测工业泄露的有害气体分布情况、观测城市上空气体污染物的分布等大气监测领域具有广泛的应用前景。     

差分光学吸收光谱法在线测量燃烧污染产物浓度

本文将差分光学吸收光谱法(DOAS)应用于在线测量燃烧污染物浓度,介绍了DOAS的基本原理,描述了实验系统,并介绍了三角平滑法处理DOAS吸收截面数据和利用差分光学密度与差分吸收截面之间的互相关来求得混合气体中各气体组分的浓度的方法。     

基于TDLAS技术的高斯线型二次谐波数值模拟与分析

作为新的痕量气体监测分析方法,可调谐二极管激光吸收光谱学的二次谐波技术在大气化学研究和污染气体监测得到实际应用.本文以CO气体的中心波长为λ0=1 579.74 nm的P(5)振-转吸收谱线为目标,建立高斯-线型的二次谐波信号数值模型,仿真得到二次谐波曲线,研究了二次谐波信号特性与调制度m的关系.并对仿真结果与洛仑兹吸收线型二次谐波信号特性进行了分析和比较.     

激光诱导荧光方法检测二氧化硫

针对大气污染物之一的二氧化硫气体, 根据其吸收特性, 合理地选择激发波长, 从而避免了大气中其他气体的干扰, 采用Continuum Sunlite EX, 脉宽6 ns, 重复频率10 Hz的激光在实验室内模拟测量了污染气体二氧化硫的激光诱导荧光光谱, 分析计算了大气污染成分二氧化硫浓度. 研究表明, 激光诱导荧光方法可以用于大气中二氧化硫浓度的精确测量.      

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。