用于测量长光程CO和CO_2浓度的TDLAS传感器系统室内试验

开发了一种传感器,该传感器使用两支分布式反馈(DFB)二极管激光器,用于同时测量长光程路径上的CO和CO_2浓度。综合考虑吸收线强、空气中水蒸气等气体的干扰以及与其他尾气气体的干扰等因素,选择CO谱线的波段为2 326.8 nm,CO_2谱线的波段为2 004.0 nm。以TDLAS技术为基础,提取直接吸收信号,建立2种气体直接吸收信号峰值与浓度的线性比例关系,根据2种气体的吸收谱线峰值推断出其准确浓度。在实验室环境下,12～15 m的单向光程长度范围内,CO和CO_2的最大测量偏差分别为实际浓度值的-7.3%和-7.03%。     

SO_2气体浓度的测定

一、引言二氧化硫气体已作为大气污染的一个重要指标,它的浓度测定颇为人们所重视。 SO_2气体在中红外和近红外区域的三条谱带位置分别在7.3μ、8.7μ和18.5μ,而在7.3μ处吸收系数最大(见图1),这一点对提高灵敏度颇为有利。一般我们在无其他气体存在时测量SO_2气体浓度可选择此谱带较为合适,但在测量大气中的SO_2气体浓度就存在着CO_2、水蒸气及其他污染气体的干扰。CO_2与水蒸气基本上是新鲜大气中的主要成份,它们在7.3μ附近具有一定的,甚至很强的吸收,因此就不宜采用7.3μ谱带。根据Sadte Ler光谱图中可以看出上述两种大气中的主要成份CO_2、水蒸气以及其它大部分污染气体在8.7μ附近并无光谱带。为避免干扰,利用8.7μ光谱测定SO_2气体浓度,虽然吸收系数较小但应该是可行的,用一般红外分光计对较低浓度的SO_2气体浓度还是能够测量的。为此进行了实验验证。     

简便CO2气肥施用法

近年来,棚栽蔬菜已成为一种超越季节、全年供菜的普遍手段。由于大棚为了保温而经常处于密闭状态,与外界气体交换少,用于光合作用的CO_2气体供应往往不足。白天植物光合作用增强,棚内CO_2浓度便会急骤下降,大大低于自然环境中300ppm左右的浓度,有时只有20ppn～30ppm,远远满足不了植株构筑机体的需要而影响所栽蔬菜的生长,降低了产量与质量。必须适时补施CO_2气肥,才能满足其正常光合作用之需。实践证明,早春若能每天补施一次气肥,使CO_2浓度达到1000ppm以上,均能获得明显的增产效果。     

棚室蔬菜CO2喷施技术

在大棚蔬菜生产中,当棚内CO_2浓度因作物光合作用吸收而降至自然环境浓度300ppm以下甚至只有20ppm～30ppm时,就必须弥补棚内CO_2的浓度,以保证作物增加产量和改善品质.最初,以燃放烟雾法来补施CO_2气肥,因不安全和会产生有害气体,尔后又采用在大棚内安置器皿,用酸盐反应产气.这种方法虽避免了出现重大火灾事故的可能,但所用的硫酸具有腐蚀性,且反应激烈时还会出现飞溅、溢出现象,也可能对人和衣物造成一定损害及物料浪费.于是又出现了用专门器械设备制备出CO_2引入大棚喷施的方法,但其设备昂贵,只适用于平坦大片农场的大棚使用,对于地形复杂、分块零散及经营规模不大的南方来说,就显得成本过     

温室气体及常用研究方法

温室气体是指大气中能够引起温室效应的气体成分,主要包括水汽、CO_2、CH_4、N_2O以及由人类活动产生的氟利昂或氯氟烃类化合物(CFCs)、氢代氯氟烃累化合物(HCFCs)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)等物质。近几十年来人类活动对CO_2、CH_4、N_2O的影响较大,导致其浓度不断升高,被认为是最重要的三种温室气体。主要介绍了大气中三种最重要的温室气体和常用研究方法,以及各种方法的优缺点,以期为今后温室气体研究提供参考。     

农业与温室效应

空气中的二氧化碳(CO_2)有点象温室中的玻璃,既可使阳光通过又能保持热量不散失。近几年出现的“温室效应”一词,就是指由于工业化社会燃烧矿物燃料和向大气中排放的CO_2越来越多,全球气温将呈不断上升趋势。公众及科学家们对是否真的会有温度严重升高的趋势,以及这个趋势未来对地球上的生命有何影响存在着严重的争议。自工业革命开始以来,大气中CO_2的含量与日增多,过去30年的增长率尤为惊人。目前的含量已由1958年的315ppm提高到345ppm,其中工业化地区的浓度最高。尽管这些气体漂移缓慢,但终将随着气流扩散到南、北两半球。对于CO_2的增多,有人认为可能会产生诸如     

低温CO_2吸收系数与温度的关系

针对HITRAN数据库缺乏CO_2在低温条件下的吸收谱线研究数据的问题,对波长位于1 572.34 nm处的低温下CO_2吸收谱线进行了研究,得到250～500 K范围内CO_2吸收系数的温度依赖经验公式.将该经验公式与文献中的实验数据进行计算对比,得到了气体质量分数平均误差为3.305%的对比结果.     

利用影像技术在线追踪测量植物生长速率及其对二氧化碳的响应

二氧化碳(CO_2)是室内空气质量的重要监测指标之一,同时又是植物光合作用的原材料,与植物生长有着密切的联系.考虑植物生长速率与CO_2浓度之间的关联,利用影像技术发展在线追踪测量植物生长速率的方法,并探索利用该方法实时监测CO_2浓度的可能性,建立基于植物的低成本、简单、灵敏的气体传感平台.使用普通的网络摄像头,开发了基于matlab的、极其灵敏的光学边界跟踪方法,实时测量了活体黄豆幼苗的生长速率(下胚轴茎高增长率)及其与二氧化碳浓度(400~1700ppm)之间的关系.结果显示,随着二氧化碳浓度的增加,植物生长速率从400ppm时的6μm·min~(-1)增加到800ppm时的22μm·min~(-1),但当浓度超过900ppm时,生长速率却随之降低.该方法所观察到的这种现象与文献中使用其他方法得到的结果大致相符,进一步验证了该方法的可信性.另外,此方法成本低、简单、灵敏、无污染,无需化学药品和专门仪器,未来不仅可能应用于空气质量监测,还可以用于植物生理学和农业科学研究.     

紫外空芯光纤光谱式气体传感系统特性

利用内表面镀铝空芯光纤在紫外-可见光波段的低损耗特性,结合宽光谱光源和光谱仪,搭建了紫外-可见光波段的吸收谱式气体传感系统.理论研究了系统参数对吸光度的影响,对影响系统信噪比的因素进行了优化.实验测量得到了系统光源的发散角色散曲线,研究结果表明在宽谱光源下,为获得准确的损耗或吸收特性,需要根据系统光源发散角的色散特性对测试结果作相应的补偿.在255nm波长带对不同浓度甲苯气体进行了测量,得到了线性的甲苯浓度-吸光度曲线,精确度可达ppm量级.该传感系统搭建方便,测量迅速,对于在线传感监测及多波长测量具有很好的应用前景.     

温室二氧化碳浓度测控系统

为解决设施园艺中二氧化碳( CO2) 浓度的检测与控制问题,研制了一种基于钠超离子导体( NASICON) 固体电解质传感器的温室CO2测控系统,该系统包括CO2测量节点、无线通信网络和控制终端。采用STM32 微处理器处理采集到的CO2 浓度信息,使用模糊比例-积分-微分( PID: Proportional Integration Differential) 算法控制CO2气体的释放,从而智能调节温室内CO2气体的浓度,使其达到作物所需数值。在实验室条件下,对设计的CO2传感器节点进行了标定和稳定性测试。对体积分数为400 × 10 － 6 和1 000 × 10 － 6 的CO2气体样品分别进行了＞ 8 h 的长时间浓度测量,其相对波动小于2． 5%。在国信集团现代农业基地温室对所研制的CO2浓度测控系统进行实地测试的结果显示,当设定的CO2浓度的期望值为800 × 10 － 6 时,调控后CO2体积分数的波动范围约为± 40 × 10 － 6。现场应用试验表明,该系统具有较好的实用性,且成本低廉、集成度高,具有一定的推广价值。     

10.8微米选支N_2O激光器

N_2O(氧化亚氮)分子气体激光器运转波长位在10.8微米红外区,正处于大气红外窗口.它不仅具有丰富的谱线可供选择,而且N_2O在大气中的含量极其稀少,因而,大气对N_2O激光的吸收衰减较之对CO_2激光吸收衰减要小得多(CO_2的大气含量约为330ppm).所以N_2O激光对于分子光谱分析、大气痕量监测,大气传输和激光通讯的研究以及远红外激光泵浦等方面的应用,有着广阔的前景.     

如何避免全球变暖--请看科学家们设想的一些解决方案

一般认为二氧化碳(CO_2)是造成全球变暖的罪魁祸首,由于地球大气层中CO_2浓度的不断上升, 由此产生的“温室效应”直接导致了气候变暖。最近 40万年中,地球大气层中CO_2的浓度一直保持在 180～280ppm之间,但从19世纪人类开始使用矿物燃料以来,CO_2浓度开始不断提高,短短100多年就上升到了今天的380ppm。由于今后相当长时期内人类还将继续使用矿物燃料,专家们预计CO_2 浓度到2050年会高达500ppm,到本世纪末甚至     

矿用光纤气体检测中的最小二乘拟合方法研究

由于矿用光纤气体检测系统中线性最小二乘拟合方法只适用于光谱吸收率小于0.1的气体检测,针对光谱吸收率增大时气体吸收谱线与浓度的变化呈现非线性的问题,本文采用阻尼最小二乘拟合算法进行气体浓度的计算。实验结果表明,改进的矿用光纤气体检测系统检测极限由原来的100 ppm提高到了30 ppm量级,简化了标定程序,能够更好地满足煤矿安全生产的需求。     

飞机座舱内呼吸性污染物浓度分布实验研究

为了更准确地了解人体呼吸性污染物在其周围的分布特性,在737飞机5排模拟座舱中开展了相关的实测研究。通过多点测量真实人体在座舱内呼吸产生的CO_2浓度值,得出不同"污染源"位置下CO_2浓度分布情况。测量结果表明:人体位于靠近过道的座位时产生的CO_2在纵向和横向传播过程中衰减较快,座舱内过道左右两侧气体很少出现交叉传播;而人体位于中间座位时产生的CO_2横向传播要强于纵向传播;相比于靠近过道座位,人体在中间座位产生的CO_2扩散范围更广。     

全球二氧化碳浓度突破400ppm

<正>美国国家海洋和大气管理局(NOAA)报道,2015年3月,二氧化碳这一主要的温室气体,在全球大气中的平均浓度超过了400ppm(ppm为百万分之一)。这是有记录以来第一次,标志着人类燃烧化石燃料导致的全球二氧化碳浓度升高达120ppm,而其中一半都发生在1980年以后。国     

试验区碳卫星载荷航空校飞综合试验方案设计

为了充分了解全球碳循环过程及其对气候的影响,并对CO_2排放状况提供数据支撑,扩大我国在国际气候变化方面的话语权,国家高技术研究发展计划(863计划)支持开展了"全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范"项目的研究,卫星搭载了高光谱与高空间分辨率CO_2探测仪(以下简称CO_2探测仪)与云与气溶胶探测仪(以下简称CAPI探测仪),它们的监测数据将用于精确反演全球大气CO_2含量,为全球大气环境变化、温室气体探测、光化学过程、气候变迁等方面的研究与业务的需求发展提供技术依据。CO_2探测仪作为我国首台温室气体遥感监测仪器,研制难度极大,亟需通过航空校飞试验完善载荷发射前的试验环,对载荷功能和性能进行有效评估,以进一步降低卫星发射后的运行风险。此外通过航空校飞获取的对地观测数据还将为CO_2浓度反演算法的开发与验证提供较为理想的模拟数据集,对卫星发射前数据应用技术体系的贯通和卫星发射后的航空伴飞验证具有极大助益,同时为我国机载温室气体探测积累了宝贵前期经验。课题利用我国正在研制的碳卫星载荷,CO_2探测仪和CAPI探测仪,通过适应性改造,搭载在航空飞行平台上进行2个试验区的航空校飞综合试验及其地基同步综合观测试验,验证CO_2探测仪载荷对CO_2探测的功能及部分性能指标;同时为大气CO_2浓度反演算法提供试验数据,并综合地基观测等手段对校飞反演数据进行精度检验,为卫星发射后尽快发挥效益奠定技术基础。     

基于光纤环衰荡腔的甲烷传感系统

为测量甲烷气体浓度,设计基于光谱吸收原理测量气体浓度的传感系统。该系统利用光纤环衰荡腔代替传统的光学腔,使光源产生的光脉冲信号在光纤环中多次循环吸收,延长了吸收路径,从而大大缩短了气室长度。利用该系统对甲烷气体浓度进行测量,对测量结果的参数进行分析,并通过实验仿真得到甲烷气体浓度与光脉冲信号衰荡时间的关系。结果表明:实验结果与理论相符,证明所设计系统正确可靠。     

光纤气体传感器的研究

基于气体在吸收峰波长下对光的吸收随浓度变化的机理,研制一种光纤式气全监测仪。根据被测气体的吸收峰对应的波长选择ＬＥＤ作为光源。采用不同频率的光源驱劝电路实现多种气体浓度的产时检测。为保证测量精度,信号处理采用相敏以及测量信号与参考信号比值技术。对甲烷和乙炔气体浓度的检测实验表明,系统具有一定的检测灵敏度和精度。仪器和系统不驻适于甲烷和乙炔气体浓度的检测,稍加改变结构参数,也可测量其它气体的浓度。     

南宁市南湖湿地秋季水-气界面温室气体(CO_2/CH_4)通量及其影响因子

城市湿地是湿地生态系统碳循环的重要组成部分,研究城市湿地温室气体(CO_2/CH_4)排放特征及其影响因素对区域的碳平衡估算以及控制温室气体排放具有重要的意义。于2019年11月到2020年1月(秋季)利用密闭箱-气相色谱法对南湖湿地水气界面(CO_2/CH_4)通量进行了观测,结果表明,南湖秋季水-气界面CO_2平均通量为-184.73±400.14 mg CO_2/m~2·h,整体为大气CO_2的汇,南湖秋季水-气界面CH_4平均通量为0.96±2.2 mg CH_4/m~2·h,整体为大气CH_4的源。水体溶解性无机碳是影响南湖秋季水气界面CO_2通量最重要的影响因子,溶解性总磷是影响南湖秋季水气界面CH_4通量最重要的影响因子,南湖湿地秋季固定249.96t CO_2当量的含碳温室气体。     

多尺寸填料塔中CO_2吸收过程的实验和模拟

随着二氧化碳吸收法捕集技术的不断发展,需要研究吸收过程的规模放大和模拟。在200mm和600mm的2种不同尺寸填料塔中进行了CO_2吸收实验,采用新的规整填料有效传质面积关联式,进行了基于速率模型的过程模拟,对比了不同传质模型。结果表明:最适用的传质模型是液膜阻力模型,2个吸收塔的气体出口CO_2摩尔分数计算结果与实验值的平均相对误差分别为1%和3%。说明在过程模拟中使用合适的传质模型和规整填料传质面积关联式可以有效预测不同尺寸吸收塔中CO_2捕集效果。