基于QE65000光谱仪和DOAS的大气痕量气体浓度测量

针对QE65000光谱仪低噪声、紫外灵敏度高且尺寸小和重量轻等特点,开发了基于QE65000的差分吸收光谱(DOAS)遥测系统。首先研究了QE65000光谱仪探测器的偏置、暗电流以及暗电流与积分时间的关系,然后利用汞灯标定了光谱仪的波段范围和分辨率,并构建了基于QE65000的DOAS遥测实验装置,给出利用此系统测量的大气痕量气体吸收光谱和氙灯吸收谱,基于差分原理反演了大气中痕量气体的浓度,并给出测量误差和遥测系统探测低限。研究结果表明QE65000光谱仪应用于差分系统,为实现DOAS系统的小型化、便携化提供了可能。     

苯和甲苯差分吸收光谱方法的实验室测量研究

本文介绍了差分光学吸收光谱法(DOAS)测量大气污染气体浓度的基本原理。DOAS方法就是利用氙灯发出的紫外—可见光，经望远镜准直后再经过一段距离的传输，由望远镜来接收．在传输中，由于各种不同的分子在不同的波段对光有不同的吸收特征，使光谱具有了污染物的特征，再通过与光源发出的光进行比较，反演这些气体在大气中浓度．我们将DOAS方法应用在监测有机物上，在分析光谱的过程中，应用多项式拟合和最小二乘法，从而精确地从测量光谱中来反演出大气中污染气体的浓度．文中用DOAS方法测量了苯和甲苯的样品，并分析了结果，结果和理论吻合．可为环境中有机污染物监测提供可靠的方法。     

成像差分吸收光谱系统设计及应用

被动差分吸收光谱技术(DOAS)是一种以太阳散射光为光源,利用不同气体分子的特征吸收来实现气体定性定量测量的方法。成像光谱技术作为一种新型光电探测技术,能同时获取观测区域的空间信息和光谱信息,该技术与DOAS结合构成了成像差分吸收光谱系统(IDOAS),可实现对气体的二维成像测量。设计了基于凸面光栅Offner成像光谱仪、面阵CCD、紫外镜头和扫描旋转台的成像差分吸收光谱系统,描述了系统的组成并着重介绍了Offner成像光谱仪的光学设计。针对该系统开发了基于MFC框架的软件系统,实现了探测器参数设置、数据采集与显示、数据存储、电机扫描控制、多波段成像、图谱合一等功能。利用该系统对发电厂烟羽排放进行外场测量,采用被动差分吸收光谱方法对采集的太阳散射光谱进行处理获得SO_2柱浓度,实验证明系统运行稳定可靠,可用于污染气体的二维成像解析。     

烟道污染气体SO_2的差分光学吸收光谱测量

研究了利用差分光学吸收光谱(DOAS)技术测量烟道污染气体SO2的方法.介绍了差分吸收光谱的基本原理和数据处理方法.讨论并分析了测量过程中光谱波段的选择.以氘灯作为光源,分别利用光谱分辨率为0.6 nm、0.7 nm和1.8 nm的光谱仪对SO2的吸收光谱进行了测量,分析了光谱分辨率对测量结果的影响.DOAS方法分析的是吸收光谱的高频部分,避免了烟尘、水汽等对测量结果的影响,可以利用差分光学吸收光谱对烟道污染气体进行检测.     

大气污染监测中的DOAS技术研究

简要介绍UV-VIS的差分吸收光谱技术(以下简称DOAS技术),其应用非常广泛.对于在紫外及可见光谱范围内有较明显吸收峰的各类气体及气态物质从理论上讲都可以测量.DOAS以远优于点测量的空间分辨能力和时间响应能力而大量用来测量非标准污染物.并且易于操作,费用低廉,实时分析,全路径非接触测量,比点监测系统有极高的优越性.DOAS作为光谱监测技术,利用激光在开放大气中的各种痕量气体的特征吸收,来确定光通过的路径上各气体的平均浓度.可监测SO2,NO,NO2,NO3,HONO,及形成光化学烟雾的不同痕量气体,诸如:O3,NO2,HCHO,NO3,SO2,BrO,IO,ClO和若干种芳香烃. 我们正在研制有自主产权的DOAS系统,目前正在进行开路监测的系列实验,已能明显获取SO2,NO,NO2的吸收谱线,并且和现有监测技术的测量比对误差小于10%.(OE31)     

基于太阳散射光测量系统反演痕量气体方法研究

为了克服利用太阳散射光作光源的被动差分吸收光谱(DOAS)系统中异方差对反演结果的影响,对DOAS反演算法进行了研究。鉴于局部多项式回归良好的统计性质,且当采用非参回归时不必人为设定异方差的结构,能适应几乎所有回归估计,提出利用非参稳健局部多项式回归方法估计DOAS系统测量谱中的慢变吸收部分,并据此反演痕量气体斜柱浓度。把该方法应用于外场实验获得光谱信息处理中,结果表明,本文方法比最小二乘多项式回归估计反演效果更好,降低了被动DOAS系统测量误差。     

差分光学吸收光谱系统中标准吸收截面数据处理方法研究

本文介绍了差分光学吸收光谱法（DOAS）测量大气污染气体浓度的基本原理,描述了在测量光谱分析中所做的一些必要处理。介绍了卷积在DOAS方法中对污染物浓度反演的应用,通过与其它处理方法的光谱数据对比,证明了卷积处理光谱数据可以提高污染物浓度反演的精度。     

LEDs-DOAS系统的标定及反演方法研究

针对氙弧灯作为主动差分吸收谱(DOAS)宽带热光源带来严重的能源浪费和一些不必要的干扰,提出采用新型冷光源—发光二极管(LEDs)作为光学遥感DOAS系统的光源。研究了LEDs-DOAS系统的标定及反演方法,首先介绍了LEDs-DOAS光学遥感系统的结构,分析了其获取痕量气体大气浓度的原理;然后通过把具有线状吸收谱特性的汞灯光引入到LEDs-DOAS仪器,得到仪器函数,对系统进行标定;再把标准库待测气体的吸收截面和仪器函数卷积,得到该痕量气体的在LEDs-DOAS仪器吸收强度,并基于最小二乘原理反演痕量气体的大气浓度;最后利用NO2样品标定LEDs-DOAS系统的测量精度,实验结果表明,测量误差小于5%。     

大气痕量气体差分吸收光谱仪地面数据评价软件设计

大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来反演大气中痕量气体的分布和变化。在地面对大气痕量气体差分吸收光谱仪完成实验室定标以验证其性能和可靠性,为大气痕量气体差分吸收光谱仪的数据处理提供支持。为快速处理光谱仪定标数据,研制了相关的光谱辐射定标软件。定标软件基于C++语言,在Windows平台上开发,实现数据定标和多维度展示定标数据。 其中光谱定标采用多项式拟合算法,光谱分辨率采用Gauss拟合算法。辐射定标包括绝对辐射定标和相对辐射定标,绝对辐射定标求取辐射定标非稳定性和非线性, 相对辐射定标求取相对辐射校正系数和不确定度。结果表明软件运行良好,能够完成大气痕量气体差分吸收光谱仪地面光谱定标、辐射定标数据的处理。     

测量痕量CO气体的激光探测器

由周期性聚片多畴的铌酸锂（PPLN）差频而获得4．6μm红外激光，其目的是为制成一台紧凑的激光探测器，实时测量痕量气体（如CO）的浓度。美国Itice大学和美国宇航局johnson航天中心在第27届国际环境系统会议上报告了这台光谱仪系统以及早期人体实验的两项结果。该系统测量环境空气中的CO浓度，ri［精确到10’～1（）－－’量级（10。内的平均值）；绝对精度达0．6％。该装置可用于载人飞船内空气质量的监测。泵浦和信号的束激光，在一块合适的非线性晶体中混频，就能产生红外空闲光。为了有效地产生空闲光，传统的非线性双折射晶体必须…     

车载多光路DOAS技术探测污染气体垂直柱浓度研究

目前天顶方向的车载单光路（DOAS）系统在解析污染气体柱浓度时,都是以测量得到的斜柱浓度近似代表垂直柱浓度,这在计算通量时会造成一定的误差。结合多轴DOAS思想,研究了车载多光路DOAS技术,即在汽车移动平台上设置了两个不同仰角（90°、30°）的望远镜分别接收天顶散射光,利用DOAS方法解析两个方向的斜柱浓度,并结合大气辐射传输模型计算大气质量因子最终获得垂直柱浓度。相比于目前的天顶方向车载单光路系统,车载多光路DOAS系统具有高灵敏度、低不确定性等优点。利用此系统在淮南某电厂进行了测试实验,得到了电厂区域排放的NO2准确垂直柱浓度分布信息,并与天顶方向的斜柱浓度分布比较,两者在浓度趋势上具有较好的一致性。     

基于DOAS的消防应急救援多气体快速遥感仪

在国内首次报道了可对30多 种有毒气体连续监测的基于DOAS(differential optical absorption spectra)技术的车载消防应急救援多气体快速遥感仪,仪器采用长光程紫外差分吸收光谱 法痕量气体分析 技术,光发射器和光接收器共用一个卡塞格林望远镜,以减少大气紊动对测量数据的影响; 仪器的反射系 统可以灵活地设置在任意需要区域,分析系统设置在救援车内,在需要长时间监测时,避免 了工作人员近 距离暴露在危险环境中。多气体DOAS仪器特别适合各类气体泄漏事故的消防应急处理。     

机载紫外DOAS成像光谱仪CCD成像电路的设计及实施

机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射,监测大气痕量气体的分布与变化,其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器,以现场可编辑门阵列（FPGA）为核心控制器的成像电路模块,设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路,接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号,将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程,并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286。实验证明满足大气污染气体的观测需求。     

DOAS技术中光学密度计算方法对测量结果的影响

差分光学吸收光谱技术(DOAS)中,通过不同高通滤波方法获得差分光学密度,与经过相同数字滤波处理的实验室的标准参考谱作最小二乘拟合,反演出各种气体的浓度.通过几种平滑滤波和多项式滤波对相同测量信号进行光谱分析,比较其反演浓度的精度、残差的标准方差和峰峰值.结果表明,3点500次平滑滤波重复两次的高通滤波方法各项指标都优于其它方法,能有效地提高测量精确度和降低检测下限.     

逐线积分气体吸收模型及其在FTIR气体检测中的应用

介绍了一种精确的逐线积分痕量气体吸收模型,该模型适用于中红外波段大气环境中痕量气体和污染气体检测的理论研究和工程应用。该模型利用HITRAN光谱数据库,考虑了展宽、线翼截断、温度修正及光谱分辨率变化等情况,可以有效地模拟大气环境中多种气体的红外吸收特征。文中详细描述了模型的算法细节,并给出了模型计算的结果与傅里叶变换光谱仪(FTIR)实测数据的对比,还举例介绍了吸收模型在FTIR气体探测技术中的实际应用,并使用该模型对测量的红外傅里叶变换光谱进行了定量分析,模拟了计算校准谱,并与实测光谱进行了非线性最小二乘拟合,实现了在无需测量校准气体的情况下同时对多种气体进行浓度的反演。     

差分光学吸收光谱(DOAS)技术在烟气监测中的应用研究

本文将差分光学吸收光谱(Differential Optical Absorption Spectroscoy,DOAS)技术中的浓度反演方法运用到烟气中NO、NO2、NH3和SO2的监测.利用它们在200～250 nm附近具有不同强度吸收的特性,测量烟气的吸收光谱,用DOAS方法反演出NO、NO2、NH3和SO2分子的浓度,这种方法消除了烟气中烟尘、水汽和其它成分的影响,使在线实时测量成为可能,在实验室内对不同气体分子浓度样气进行了测量和浓度反演,经过现场对比测量证明这种方法是正确的.     

大气中甲醛差分吸收光谱测量方法研究

差分吸收光谱技术(DOAS)由于时间分辨率高、高灵敏度和操作费用低等特点非常适合对大气中痕量气体HCHO进行实时追踪.对HCHO的测量方法和数据反演进行了研究,通过增大信噪比,扣除背景杂散光等手段对其进行了准确测量;详细介绍了数据的处理方法,包括反演波段的选择、干扰结构的去除、数据处理流程和谱线的非线性处理.对不同波段反演HCHO的干扰因素、反演浓度结果和反演准确度进行了分析与对比,结果显示,314～332 nm是HCHO浓度反演的最佳波段.对广州市的HCHO进行了实时、连续监测,并取得了有效数据.