差分吸收光谱法大气环境质量在线连续监测系统的设计

根据大气中污染气体SO2和NO2在紫外波段的光谱吸收特性,利用差分吸收光谱技术(DOAS),研制了大气环境质量在线连续检测系统.本文详细介绍了该系统的检测原理和设计.系统能快速、实时、高精度地监测大气中痕量污染气体的浓度,为环境监测和保护提供可靠的数据.对比试验表明,该系统设计合理,能满足空气质量在线连续监测的要求.     

基于差分吸收光谱法的在线连续污染物监测系统

针对在固定污染源烟气排放检测中无法连续精确测量污染气体的现状,设计了一个基于差分吸收光谱法(DOAS)的在线连续监测系统。该系统采用ARM和DSP为核心,以Linux为操作系统,以MiniGUI为交互界面环境,它分为光谱数据采集模块、主控模块两部分;光谱采集模块控制光谱数据的采集过程,主控模块负责气体浓度计算和显示。研究结果表明,使用该系统,可以连续精确采集SO2与NO等气体,气体采集的稳定性和精度较高,但在高温环境测试和高浓度气体测试时误差均过高,有待进一步改进。     

差分吸收光谱技术在线监测烟气浓度的反演算法

传统差分吸收光谱技术对长光程或高浓度烟气污染物可以实现准确、快速和在线测量,但是对固定污染源排放的低浓度污染气体或双组份污染气体同时测量却存在较大的浓度反演误差.文中采用遗传算法对各种浓度污染气体的实测光谱数据进行了浓度反演计算.研究结果表明:在气体浓度低于250 mg/m3范围内,遗传算法的反演精度明显优于传统算法,反演误差都在10%以内;在250～5 000 mg/m3范围内,与传统算法相当;超过5 g/m3后,遗传算法的反演误差较大.在同一波段范围内,同时反演双组份气体浓度时,遗传算法具有较高的反演精度.同时,遗传算法的零点误差远小于传统算法.     

基于差分吸收光谱技术的环境空气监测系统

差分吸收光谱(DOAS)一种是环境空气自动监测技术,可同时监测环境空气中多种气体成分。其分析方法采用国家环保部认可和美国EPA推荐的方法。将差分吸收光谱分析仪与点式干法仪器共同组成一套环境空气质量监测系统。采用钢瓶标准气,以等效浓度的方法 ,通过调整检查标气池的长度,实现对差分吸收光谱系统的多点校准功能,并与点式采样仪器进行了比较。结果表明:整套系统运行正常,维护方便,而且能满足校准的控制要求;两种方法有很好的可比性。     

差分吸收光谱法在线测量烟气浓度实验研究

本文将大气痕量气体浓度监测的DOAS技术应用于烟气浓度测量,在此基础上提出了基于DOAS思想的烟气浓度反演算法.采用将粉尘和气体分离的方法,首次在DOAS法测量气体浓度实验中加入了粉尘颗粒,对此方法的理论依据进行了简单的推导.实验测量了常温常压下SO2和NO2气体吸收截面,并对处于流动状态烟气中的SO2和NO2气体浓度进行了反演.研究结果表明,该算法能够在短光程(0.5 m)下以较快的速度(<2 s)和较高的准确度同时检测出烟气中多种气体浓度.     

应用差分吸收光谱法前提条件的实验验证

常规的光谱测定方法运用于大气遥测及工业固定污染源排放现场的连续在线监测时会受到一些限制,利用差分吸收光谱法可以在很大程度上解决现场应用上的问题.差分吸收光谱法的应用假定了一些理论上无法直接推导的条件,通过实验验证了这些前提条件的正确性.     

一种新型的固定污染源烟气连续监测系统探针设计

国内火电厂安装的烟气在线监测系统在实际使用中运行状况不佳。调查发现监测结果不准确主要是由于采样问题造成的，减少烟气采样对测量结果产生的影响是烟气排放监测的技术难点之一。针对国内火电厂CEMS采样探针的一些缺点，设计了基于差分吸收光谱技术的新型采样监测探针，简化了整个采样子系统，提高运行的可靠性。     

差分吸收光谱技术在线监测污染气体浓度的温度补偿

差分吸收光谱技术应用于固定污染源烟气排放监测时,烟气温度对SO2、氮氧化物等污染气体在紫外可见光谱段的差分吸收特性影响较大,为准确测量污染气体浓度,必须对温度的影响进行修正.文中提出了一种新的温度补偿方法,将20 ℃时烟气中污染气体的分子数密度与其他温度下污染气体的分子数密度之比与温度的对应关系拟合出温度补偿函数,利用该补偿函数分别对差分吸收截面、吸收度以及浓度反演结果3个参数进行补偿,结果表明:不论对哪一个参数进行补偿,都可以显著提高气体浓度的反演精度.     

基于差分光学吸收光谱技术的曹妃甸地区污染气体监测

为了研究曹妃甸地区的大气污染状况,了解其变化特征及其影响因素,采用多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS),于2019年12月至2020年8月对曹妃甸地区NO_2、O_3、SO_2三类主要污染物进行了监测分析,初步分析结果表明:曹妃甸地区NO_2浓度在春季最高,均值为2.86×1016molec/cm~2,O_3浓度最高值出现在夏季。在日变化上,O_3与NO_2之间存在明显的负相关性,而O_3浓度的峰值时间较太阳光照强度峰值存在滞后性;SO_2的浓度分布呈"U"型,峰值出现在早晨与傍晚。8月期间,曹妃甸地区主要盛行东南风,风速多处于2～4m/s,此风向期间O_3与SO_2浓度较高,NO_2主要来自于局地污染源排放。四个离轴观测角的差分斜柱浓度(DSCDs)结果显示,污染物主要分布于对流层底部,其中NO_2主要集中于0～0.5km高度内。     

基于差分吸收光谱技术的大气痕量气体重建算法

针对在一些不能获取大量投影数据或者投影分布不均匀的实际情况下,重建大气痕量气体的二维空间分布问题,采用代数迭代重建算法(ART)和同步迭代重建算法(SIRT)2种重建算法对其进行重建。通过数值模拟的方式对2种重建算法的重建效果进行了比较研究,并建立了多轴差分吸收光谱层析系统,进行了外场试验。通过计算机模拟和外场实验研究,从成像效果中可以看出,2种迭代算法均能在数据不完善的情况下,精确地重建出大气痕量气体的二维空间分布;在不同的模型及评价指标下,通过对2种重建算法的重建误差的比较,可以发现SIRT算法的重建误差要小于ART算法的重建误差,尤其在测量数据波动比较大、受干扰的情况下。     

差分吸收式甲烷气体传感系统的研究

为了补偿甲烷传感系统的非传感因素引起的误差，设计了基于差分吸收技术的光纤传感系统。系统以廉价的1.33μm波段的LED为光源，利用旋转双波长滤光片进行波长切换，用单光路实现差分吸收检测，完全消除了双光路系统中双光路的差异和双光电探测器件的漂移等引起的误差。理论和实验证明，这些措施有效地提高了系统的灵敏度和稳定性。     

基于差分红外吸收的甲烷浓度检测系统

红外吸收法是目前甲烷浓度检测的理想手段,但其成本较高,难以推广应用.本文采用宽带红外LED光源并配合PIN光电二极管,设计了一种低成本的甲烷检测系统.为了克服因采用宽带光源带来的不足,设计了一种差分光路,并采用差分比例算法来保证系统的稳定性和精度.最后,通过实验验证了本系统及提出算法的有效性.     

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪杂散光抑制

考虑杂散光对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量精度的影响,设计了遮光罩和其他消杂光结构来抑制杂散光,并对杂散光进行了分析。利用TracePro软件分析了系统紫外通道1(240～315nm)的杂散光水平,确定了杂散光传输的一次、二次散射路径。根据杂散光传输路径,计算了杂散光评价指标点源透射比(PST)曲线,结果显示杂散光抑制措施效果明显,PST小于3×10-5,中心视场杂散光照度水平为5.472×10-4,最终杂散光水平达到了设计指标要求。采用截止滤光片法测量了系统的杂散光水平,结果表明:中心视场杂散光比值为8.167×10-4,和仿真结果接近,验证了仿真过程的准确性,说明设计的消杂光机构能够满足抑制系统杂散光的要求。     

Broadband optical near-field microscope for nanoscale absorption spectroscopy of organic materials

The cells and tissues of many marine invertebrates and their associated flora contain fluorescent pigments and proteins, many of which have been utilized commercially and provide marker molecules in other systems for fluorescence imaging technology. However, in the study of marine invertebrates and their symbioses these naturally occurring molecules have been seen to limit or confound fluorescence microscopy analyses. Here we demonstrate the endogenous fluorescence associated with two marine invertebrates (coral and foraminifera) and describe how these qualities can be utilized in fluorescence microanalyses. Understanding and imaging the diversity of fluorescent molecules provide insight into how fluorescence microscopy techniques can now be applied to these complex systems.     

一次谐波锁频的快速光腔衰荡光谱检测

本文介绍了一种赫兹级响应速率的光腔衰荡光谱探测大气痕量气体的检测技术.将100 MHz正弦波调制信号加载在电光相位调制器上产生边带,用混频器提取载波与边带通过3m气体吸收池后拍频所产生的一次谐波作为误差信号,实现了1572 nm分布式反馈激光器对于二氧化碳气体分子6361.25 cm-1处超精细跃迁线的频率锁定.采用波...     

吸收光谱法冲压发动机隔离段来流质量的流量测量

为实现冲压发动机地面直连试验中来流质量流量的测量校核,研制了吸收光谱法测量系统并开展了台架验证试验。首先,介绍了基于隔离段温度、流速测量计算质量流量的原理,针对台架试验环境适应性、长期工作稳定性问题,介绍了测量系统和光机设计方案,然后介绍了波长标定、温度与流速反演关键算法。在Ma6.5,6.0kg/s流量状态两个独立车次台架试验吸收光谱法计算质量流量的最大偏差为5%,验证了所提出方法的可行性。该方法为吸气式发动机来流状态的精细测量提供了新的方案和技术手段,未来可望用于来流捕获的实时反馈控制。