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%。     

基于红外高光谱探测器的大气CO2反演通道选择

红外高光谱探测器(HIRAS)搭载于2017年11月15日发射的FY-3D卫星上,其探测范围覆盖15μm及4.3μm波段的CO_2强吸收带,可用于反演CO_2大气柱浓度,且可以与其他温室气体传感器数据比较印证,有助于组成全球CO_2的监测星座.选择对CO_2变化敏感而受其他参数干扰最小的波段,是卫星走向实用阶段前最重要的研究任务之一.本研究首先取HIRAS光谱分辨率较高的15μm波段作为研究对象,利用逐线积分辐射传输模式,模拟了5种标准大气模式下卫星接收的大气出射辐射,分析了CO_2与H_2O、O_3、地表温度和地表发射率等其他影响参数的敏感性;然后基于最优敏感性廓线选择的方法,以信噪比、CO_2的响应和雅克比廓线为依据,选出了不同地区、不同季节背景下5组通道,并讨论了不同大气层结下通道特征的差异;最后假设在不同的仪器噪声下进行选择试验,指出了仪器噪声越低,越有助于选出CO_2敏感高度在平流层的通道.通道选择的结果及特性亦可为未来同类仪器的设计提供参考.     

衰荡腔光谱技术检测混合气体中甲醛含量

利用光参量振荡技术产生2.2~3.97μm的宽调谐窄线宽中红外相干辐射.采用该中红外光源和衰荡腔光谱技术建立了一痕量气体成分光谱检测系统,并使用该系统对混合气体中的甲醛成分进行了测量,得到了72×10-9的检测灵敏度.整个光谱检测系统具有很好的光谱分辨率、选择性以及测量灵敏度,适用于大气中多种污染或温室效应气体成分的检测.     

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.     

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.      

天津武清区PM_(2.5)与气态污染物SO_2及NO_2污染特征研究

利用2016年武清区大气污染物监测数据,研究了武清区PM_(2.5)及SO_2、NO_2等典型大气污染物浓度变化特征和相互关系。结果表明:2016年PM_(2.5)污染较严重,年均浓度分别为73μg·m~(-3),超标1.1倍。大气中SO_2年均值为25μg·m~(-3),NO_2年均值47μg·m~(-3)。冬季及春秋季节大气中存在明显的二次转化过程,大气中的SO_2和NO_2通过转化生成硝酸盐和硫酸盐,对PM_(2.5)浓度变化具有重要影响。     

基于TDLAS一次谐波的甲烷浓度检测系统及其温度补偿研究

本文结合甲烷1 653.72 nm波长2v3带R3支气体吸收线,分析温度变化对甲烷吸收线的谱线特性及甲烷气体浓度测量产生的影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱技术,应用一次谐波信号检测甲烷气体的浓度,通过温度补偿抑制环境温度变化给检测带来的干扰。实验结果表明,研制的甲烷浓度检测系统的性能稳定,利用温度补偿系数校准后系统测量偏差在1%以内,可以有效地提高系统的检测精度。     

高电阻率N型单晶硅的红外光谱

用1R-450S型红外分光光度计测量了不同厚度的高电阻率n型单晶硅的透射光谱。计算出波长在2.5-50μ范围内单晶硅的吸收系数α。分别以湿氧热氧化和干氧热氧化法在硅样品表面上生长一层SiO_2膜。实验表明在2.5-50μ范围内,湿氧热氧化S_1O_2膜有三个红外吸收带。在2.5-6.7μ波段内SiO_2膜具有显著的抗反射作用。     

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.     

小波变换和神经网络用于红外光谱定量分析

为扣除开放光路法红外光谱中的背景干扰 ,发挥开放光路法的优势 ,提出了针对多组分气体体系的小波变换(WT)和人工神经网络 (ANN)相结合的红外光谱定量方法。该方法在数据处理阶段利用小波变换方法扣除了样品光谱中的背景干扰 ,然后通过计算谱峰强度和组分浓度之间相关系数的方法确定了待测组分的特征峰 ,最后利用 ANN技术实现了定量分析。该方法用现场实测光谱进行了检验。结果显示其综合性能优于其它几种常用的方法 ,是一种有效的红外光谱定量方法     

激光监测氯乙烯污染的研究

本文利用CO_2激光和N_2O激光对氯乙烯污染的监测进行了研究.获得了氯乙烯在CO_2激光和N_2O激光谱线上的吸收系数,并对CO_2激光监测灵敏度进行了估算.     

激光监测氯乙烯污染的研究

本文利用CO_2激光和N_2O激光对氯乙烯污染的监测进行了研究。获得了氯乙烯在CO_2激光和N_2O激光谱线上的吸收系数,并对CO_2激光监测灵敏度进行了估算。     

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．     

脉冲火焰温度及水蒸气浓度测量装置研究

基于分子辐射吸收理论及指数宽带模型,分析了火焰温度和水蒸气浓度的测量原理,建立测量火焰温度和水蒸气浓度的红外光谱的模型.研制了一种新型的火焰温度和水蒸气浓度测量装置,可实现极短脉冲高速火焰的测量,并对煤油喷灯火焰进行了测量实验.     

红外非活性气体对ＣＯ超精细红外谱收系数影响的研究

作者在研究了Ｈ２对ＣＯ红外吸收系统影响的基础上,进一步研究了Ｈe,N2,CH4与ＣＤ４对ＣＯ超精细红外谱收系统的影响,实验结果表明,单原子分子、非极性双原子分子和多原子分子ＣＨ４与ＣＤ４,对红外活性分子ＣＯ谱收系数都会产生影响,吸收系数随气体分压的增大。CO驿红外活性分子ＣＯ谱收系数都会产生影响,吸收系数随气体分压的增大而增大。ＣＯ谱收系数还受气体种类的影响,随气体分子量的增加而增大,,与气体分子量近似呈线形关系。     

外置碳氢涤除器在二氧化硫自动监测仪上的应用

二氧化硫(SO_2)是大气污染物之一,在大气中SO_2会氧化成硫酸雾或硫酸盐气溶胶,是环境酸化的重要前驱物,同时对人体呼吸系统有很大的危害作用,所以准确监测空气中SO_2的浓度十分重要。二氧化硫分析仪涤除空气中碳氢化合物的干扰,一般在仪器内安装一个双层盘管组件,内管为可以吸附碳氢化合物的特殊材质,通过内外管压差将吸附的碳氢化合物排出。本文采用一种外置的碳氢涤除器在样气进入之前将干扰气体涤除,通过实验测试仪器响应时间明显缩短。     

鼓泡塔中SO_2和CO_2对钴氨络合物脱硝效率的影响

为了研究烟气中的SO_2、CO_2及其与氨反应生成的SO_3~(2-)和CO_3~(2-)对钴氨络合物脱硝效率的影响,搭建了钴氨络合物脱硝的鼓泡反应实验装置。通过改变烟气中SO_2和CO_2的浓度研究SO_2和CO_2对脱硝效率的影响;通过向钴氨溶液中加入不同浓度的SO_3~(2-)和CO_3~(2-)离子,研究SO_3~(2-)和CO_3~(2-)对脱硝效率的影响。实验结果表明:烟气中的SO_2和CO_2会降低NO的吸收率,当烟气中同时含有质量浓度为100g/m3的CO_2和质量浓度为2 646mg/m3的SO_2时,NO的吸收率降幅为46%;溶液中生成的SO_3~(2-)和CO_3~(2-)会降低NO的吸收率,当溶液中SO_3~(2-)的摩尔浓度达到0.03mol/L时,NO的吸收率降幅为72%;当溶液中CO_3~(2-)的摩尔浓度达到0.50mol/L时,NO的吸收率降幅为41%。     

基于TDLAS直接吸收的CO_2浓度监测技术研究

二氧化碳(CO_2)作为最主要的温室气体,能够引发许多气候变化和生态环境问题,因此需要监测大气环境中CO_2的浓度。根据可调谐半导体激光吸收原理,采用直接吸收的方法,在室温下扫描DFB激光器波长,得到CO_2在2 002nm附近的吸收光谱。同时根据Lambert-Beer定律反演出CO_2浓度,为了验证反演精度,选用LGR温室气体分析仪进行对比,两组数据绝对误差在2.5ppm左右,相关系数为0.986 4。长时间对比测量结果的绝对误差在9.8ppm左右,相关系数为0.933。TDLAS测量结果与LGR一致性较好,系统较稳定能够满足实验要求。该研究为仪器的小型化和室内CO_2的长时间测量提供了基础。     

氢化物BH2自由基分子光谱强度和吸收系数的研究

利用乘积近似法构建配分函数模型,再将常温下的无转动跃迁矩平方近似为一常数并应用于高温,进一步编制程序,计算了氢化物BH2自由基分子配分函数和001-000跃迁带不同温度下的谱线强度和吸收系数.结果表明计算的配分函数值与高斯计算和五阶多项式拟合值,不管是在常温还是高温下,都符合较好,这说明构建的模型是可靠的,可以用来进一步研究谱线强度和吸收系数;从获得不同温度段的模拟光谱强度图也可以看出,本文计算结果与文献中的非对称陀螺分子谱带形状基本一致.这对进一步从实验上测量自由基分子高温光谱具有一定的参考作用.     

采用红外差谱技术精确测量光学晶体的吸收系数

采用红外光谱技术中的透射差谱方法,有效扣除了光学晶体表面镀膜以及晶体内光散射的影响,精确测定了晶体在特定波长处的吸收系数,为晶体的光谱表征提供了重要数据