基于FPGA的半导体激光云高仪数据采集处理方法

由于大气不稳定性以及光电探测器的各种噪声和天空背景辐射,使半导体激光云高仪APD探测器接收到的后向散射信号信噪比较低,不能直接用于反演云层参数.所以针对后向散射信号的这种特点,提出了一种基于FPGA的半导体激光云高仪数据采集处理实现方案.该方案能够实现后向散射信号隔直流、高速采集、累积平均,与此同时还能完成整个系统发射、接收、数据存储和上传等复杂时序控制.经实验对比验证,该方案能够明显提高后向散射信号信噪比、实现大气云层参数的反演.     

用于便携式NO浓度检测的光源特性研究

NO(一氧化氮)是一种有毒气体,主要来源于机 动车尾气等,会导致酸雨,损坏人类 呼吸道。因此,对NO浓度的检测具有重要的环保意义。论文介绍了基于朗伯比尔定律的NO浓 度检测原理,对用于便携式NO浓度检测的滨松L9455-1脉冲氙灯的特 性开展了实验研究,获 得了最为合理的光源工作参数,即:光源的脉冲频率为5Hz,光谱仪的积分时间为 200 ms,光 谱数据的平均次数为10次。此外,还将氙灯与氘灯光源进行了浓度检 测效果的对比,体现了 L9455-1在便携式NO浓度检测方面的优势。再将上述实验的结果应用 于不同浓度NO的吸光度 检测,测量结果证明采用实验研究得到的参数来设置L9455-1脉冲氙 灯的工作指标,能让实 验平台获得较为准确的NO吸光度,从而为便携式检测系统精确测量NO的浓度奠定良好的基础。     

换热器在民用建筑中的应用

换热器是供热系统中的一个核心设备 ,它的优劣以及合理选用将直接影响供热系统的投资效果和使用效果 ,影响换热器的使用寿命。提出如何正确地选用换热器 ,确保供热系统具有经济性、可靠性和安全性 ,及如何有效地提高换热器的换热效率 ,最大限度地发挥其换热效能。列举了各种不同类型的换热器 ,在不同运行工况的情况下对其优缺点进行了充分的论证和比较 ,可供设计人员和用户根据不同的运行工况对换热器进行合理的选用     

开放式激光检测中自动增益调节模块的研究

利用可调谐二极管吸收光谱技术结合开放式长光程技术对大气中痕量气体进行浓度监测的过程中,受到昼夜光强变化和大气能见度变化等因素的影响,信号在采集时变化幅度比较大,放大后的信号幅值有可能超出A/D转换的量程.设计了一种信号自动增益调节模块,应用在激光检测系统的信号放大处理过程中,并在福建泉港石化园区内对大气开放环境中的氨气浓度进行了连续监测.园区监测结果表明园区氨气浓度具有日变化周期:早晚浓度低,中午浓度高,主要来源于燃料燃烧和工业排放.解决了信号采集过程中信号幅度大幅变化的问题,验证了增益自动调节模块的功能,实现了稳定连续的痕量气体检测.     

基于MATLAB洛伦兹线型非线性拟合算法实现

可调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术具有高选择性、高分辨率和速度快等优点,已经在环境检测、工业过程检测等方面得到广泛应用.主要分析洛伦兹线型拟合,研究Levenberg-Marquardt算法的原理及实现步骤,基于Levenberg-Marquardt算法实现吸收谱线的洛伦兹线型拟合.对六组不同浓度的CO2标准气体进行浓度反演,反演浓度与实际浓度的相关系数达0.9928,表明洛伦兹线型拟合可以准确反演出气体的浓度,对TDLAS技术中浓度的反演具有实际的指导意义.     

用于机动车尾气检测的NDIR传感器的加权定标方法研究

非分散红外（NDIR）气体传感器是机动车尾气CO和CO2检测系统的核心部件,一般使用定标的方法来计算待测气体的浓度。针对传统定标方法生成的定标曲线在低于CO和CO2满量程10%范围内的拟合优度不能满足实际使用要求的问题,提出了一种基于最小二乘加权拟合法的定标方法,通过对低浓度点赋予更大的权重和增加定标点的数目来改善定标曲线在低浓度范围内的拟合优度。采用该方法的定标结果表明,定标曲线在整个量程范围内的定标误差均小于2%。所提出的定标方法具有较高的应用价值。     

大尺度区域CO_2和H_2O的激光在线检测技术

CO2和H2O是大气中两种重要的温室气体,对生态系统中CO2和H2O的浓度进行在线监测可用于分析环境及气候变化。选择CO2和H2O的近红外吸收谱线,利用可调谐半导体激光吸收光谱技术结合自动增益调节技术设计了开放式CO2和H2O在线检测仪。在中国科学院禹城综合试验站进行了1238m光程下,20Hz时间分辨率的连续观测实验,结果表明自动增益调节解决了开放光路检测时探测信号幅度大幅变化问题。监测点的CO2浓度具有白天低,夜间高的日变化周期性。与同场地涡度相关系统的LI-7500对比测量,数据一致性较好。该检测技术灵敏度高、响应速度快、免采样,实现了大尺度区域生态系统中CO2和H2O浓度的稳定、连续、在线检测。     

机动车尾气CO检测中神经网络多环境因子在线修正算法研究

分析了温度、湿度、压力对预处理后尾气CO浓度测量的影响, 提出一种机动车尾气CO检测神经网络多环境因子在线修正算法, 首先采用尾气样本数据离线训练得到BP神经网络模型, 然后将实时测得的样品气温度、湿度、压力及小数吸收值代入到模型进行在线修正, 得到修正后CO浓度, 解决了NDIR传感器因环境变化所带来的测量误差影响.通过标样实验、模拟实验, 并和SEMTECH-EcoStar对比检测结果, 在样品气温度30～50℃、相对湿度25～40%、压力95～115kPa、CO浓度0～0.2%范围内的最大相对偏差为4.8%.车载外场实验, 得到修正因子在0.8～1之间, 验证了方法的必要性和可靠性, 为机动车尾气的CO浓度的准确检测提供有效技术支持.     

高分辨NH3光谱检测的气压控制系统设计

基于伯努利原理设计了被测氨气气压闭环反馈控制系统,研究了低压条件下NH₃高分辨光谱特性。系统以被测氨气吸收池压力为控制对象,采用CDG800压力传感器测量吸收池气压,1路VT317电磁阀控制高压标准浓度氨气源增大吸收池中的气压,1路VT317电磁阀控制真空泵抽取吸收池的气体降低气压,构成了NH₃光谱检测的低压气路;并设计以Arduino UNO单片机为核心的压力测量、电磁阀和真空泵闭环反馈控制电路。实验结果显示,设计的气压控制系统可维持稳定时间达72 h以上,气压波动在1 torr以内;压力为3.2 torr时获得了NH3中红外波段1 103.4 cm^-1的6条单根吸收光谱信号,计算得到的线强与HITRAN数据库中线强数据偏差约在2.71%~4.71%之间,实现了重叠谱线完全分离,为后续的高分辨光谱研究提供了宝贵经验。     

（英）高压甲烷近红外吸收光谱展宽特性及参数精确测量

通过搭建的测量实验平台,获取了甲烷6 046.96 cm^-1处高压气体吸收光谱.通过经验模态分解算法减弱了高压引起窗片形变而产生的探测噪声,吸光度信号的均方根误差（RMSE）降低了3.87倍,通过洛伦兹线型拟合算法获得的吸光度拟合残差优于±1%.研究表明,谱线线宽随着压力增大而增大,计算的高压环境的氮气-甲烷分子的互展宽系数为0.063 1 cm^-1atm^-1.此外,随着压力的增大,吸收线出现“红移”现象,计算得到氮气诱导压力频移系数为-0.008 48 cm^-1atm ^-1.由此提出一种利用检测波长、压力和压力频移系数的线性关系反演高压环境下气体浓度的算法.总之,高压环境下光谱展宽特性研究为工业环境下的光谱检测打下基础.