农田开放环境下CO2浓度的激光在线监测

含碳温室气体浓度增加而加剧的温室效应是气候变化的主要原因。在线监测陆地生态系统中的CO2气体浓度并分析CO2通量,对了解局地气候及改善环境意义重大。设计了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的开放式CO2气体监测系统,于2010年4月在中国科学院封丘农业生态实验站进行了小麦田间CO2浓度的实时在线监测。连续监测结果表明：主要受植被光合作用的影响,田间CO2浓度具有明显的日变化规律,基本特点是白天浓度降低,夜间浓度升高。系统不需要气体采样、监测范围广、灵敏度高、响应时间快、调校简单,为农田环境的CO2浓度连续监测提供了有效的光学遥测方法。     

基于TDLAS技术的人体呼气末CO_2在线检测

呼出气体分析是一种测量呼出气体成分和含量的新技术,在人体健康的无创检测和分析中应用得越来越广泛。基于低成本微型垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)搭建了可调谐激光吸收光谱(TDLAS)气体分析系统,实现了人体呼出CO_2的在线测量。该系统主要由激光管、驱动控制电路、光电探测器、放大电路、数据采集卡、控制软件、锁相放大器及赫里奥特气体池构成。该检测池的体积为400 mL,有效光程为20 m,激光光源的中心波长为1579.57 nm。采用波长调制吸收光谱技术中的二次谐波幅值反演计算人体呼出CO_2的浓度。该系统可以实现精准、无损、高效地在线测量人体呼出CO_2气体的浓度,波动范围小于±0.06%,灵敏度为0.14%。这一研究为近红外TDLAS技术研究人体呼出气体与相关疾病标志物的无创检测提供了新的研究思路。     

气体浓度在线检测系统的设计

快速、实时检测甲烷的产生及其浓度,对于工矿安全运行、人身安全、环境保护具有重要的意义.在比尔-朗伯定律的理论基础上,将吸收式光纤传感技术、差分检测技术及计算机数据处理技术相结合,设计了一套高精度的新型时间双光路差分气体浓度在线检测系统,可对气体浓度进行实时在线连续检测.采用计算机的快速数据处理功能,以具有强大软件开发能力的VisualC++6.0为工具,基于用户界面设计出该监测系统的实时动态监控软件.该系统提高了气体浓度检测灵敏度、实现了实时在线连续检测,数据的图形化显示,提高了系统的数据处理能力.     

红外光谱法测量城市空气中CH4浓度

利用自行组建的开放光路傅里叶变换红外光谱测量系统对北京燕山石化地区大气中的甲烷进行了连续监测,对测量光谱进行了浓度反演,并对浓度结果做了简单分析。实验表明,该测量系统性能稳定,能以非接触的方式对空气中多种气体进行连续在线监测,能及时反应测量区域内污染信息,较好地适应工业上气体污染监测的需要。     

长光程开放光路FTIR监测城市空气中C2H4浓度

傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)具有高分辨,高光通量、多通道等优点,用于监测大气中痕量气体浓度时,能达到ppb量级.利用自行组建的开放光路测量系统对北京燕山石化地区大气中的乙烯进行了连续监测,并对测量光谱进行了浓度反演.实验表明,该测量系统性能稳定,能以非接触的方式对空气中多种气体进行连续在线监测,及时反映测量区域内污染信息,较好地适应工业区气体污染监测的需要.     

反射式FTIR监测温室气体浓度及其变化规律

工业革命以来,温室效应引起的全球气候变迁问题越来越受到人们的关注。人类活动相关的主要温室气体是CO2,CH4,N2O和CO,对其浓度进行连续测量,获取浓度随时间的变化规律对大气环境科学具有重要意义。使用多次反射池FTIR系统在浙江地区对这四种气体进行了监测,通过对测量的气体吸收光谱进行光谱定量分析,获取了待测组分的浓度信息,并对其变化规律进行了分析。同时对仪器的性能进行了检测,结果表明,多次反射池FTIR是进行环境气体监测的一种快速有效直接的监测手段。     

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。     

本刊“病例讨论”栏目征稿

通过对SO_2气体在紫外光区间吸收光谱的分析,以差分吸收光谱技术原理为基础,通过改进数据处理方法,得到了气体浓度与光谱参量间的函数关系,建立了自动监测系统模型,实现了烟道气体SO_2浓度的在线实时监测.实验结果表明,监测系统的探测限为3×10~(-6),最大测量误差为7.4%,基本满足烟道气体的监测要求,且不易受外界环境的干扰,易操作维护,成本低,在环境保护方面具有广阔的市场前景.     

基于TDLAS的H2S气体材料表面吸附特性研究

在H2S气体浓度在线监测过程中,因其具有粘附性强的特点,容易发生管线吸附,从而导致测量结果存在偏差,尤其在痕量H2S检测过程中表现最为明显,所以开展H2S气体管线材料表面吸附特性研究尤为必要。本文基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),设计并搭建了一套H2S浓度在线测定系统,并对该系统进行了测量性能检验,在此基础上进行了H2S在不锈钢材料表面常温吸附特性探究。实验结果表明,所搭建H2S浓度在线测定系统具有稳定性强、检测限低和灵敏度高的特点,利用此系统可以实现痕量H2S浓度的在线连续测定。经过一系列探究试验,证明了H2S在不锈钢材料表面存在明显且稳定的吸附作用,得出了H2S在不锈钢材料表面的单位面积吸附量在1014(个/cm2)量级。实验结果可以为痕量硫化氢在线精准测量提供一定参考。     

傅里叶变换红外光谱技术在多组分烟气在线监测中的应用

烟气排放造成了严重的环境污染,其组分复杂和恶劣的检测环境对在线检测带来极大的困难。介绍了基于傅里叶变换红外光谱技术的烟气多组分在线FTIR监测系统,该系统对烟气气路采用全程180℃伴热方式,并对多次反射池进行高温伴热,解决探测过程中烟气的冷凝和吸附损耗等问题。该系统可用于烟气中二氧化硫、氯化氢、氮氧化物等多种气体浓度的监测。采用该系统与MCS100FT烟气在线检测系统进行实时比对实验,测量结果具有良好一致性。实验表明对抽取烟气进行全程高温伴热方式的FTIR在线监测系统可用于烟气中多种气体浓度的测量。     

拉曼激光雷达信号采集及处理系统

准确可靠地监测大气中CO2含量变化对于研究全球变暖和气候变化具有十分重要的意义。利用拉曼激光雷达测量大气中的CO2含量分布是一种新颖且容易实现的方法。有效地采集CO2气体的拉曼回波信号并进行数据处理反演出测量结果是整个系统的关键所在。根据拉曼激光雷达的原理和信号处理的理论基础,设计了单通道和双通道两种行之有效的拉曼信号采集方案,并分别对其信号处理方法进行了论证。阐述了单通道采集过程中能量波动所造成的对信号的影响和消除方法,重点解决了采集过程中存在的噪声干扰问题。计算了两种方案在采集1 km处的系统信噪比(SNR),单通道采集时约可达到10,而双通道采集时可提高到20左右。     

合肥地区近地面辐射通量和二氧化碳统计分析与湍流通量的惯性耗散法估算

近地面层大气湍流通量的测量与估算是研究地气间相互作用规律的关键.统计分析了2007年1月10日～2010年10月14日合肥地区晴天少云的天气条件下辐射通量和C0_2含量数据.得到了地表反照率、净辐射通量的季节变化特征和日变化特征.地表能量平衡的检验表明白天时段大约有40%左右的能量缺口.2007～2010年C0_2含量...     

CO2激光的大气传输特性

综合分析了影响CO2激光大气传输的一些关键因素,包括大气分子和气溶胶的散射及吸收,与其他波段激光的大气衰减相比较,并对CO2激光的大气传输特性进行了系统的分析与归纳,得出了CO2激光的实际应用性结论.     

大气中甲烷含量监测方法研究

甲烷是大气中对温室效应影响仅次于二氧化碳的气体,甲烷的含量对于辐射过程和气候发展趋势的研究是特别重要;通过监测地面环境空气中甲烷的含量来分析其来源,能够为大气化学的研究提供非常重要的依据。本文针对环境空气中甲烷的测定,介绍了常用的两种测量方法。对每种方法的测量原理、特点及适用范围等方面进行了详细的阐述,对GC与TDLAS两种方法进行了详细的比较。     

大气CO2含量分布激光雷达监测

为有效地控制温室效应和气候剧变,准确可靠地监测CO2气体的变化就变得十分重要.拉曼雷达测量大气中CO2气体含量是一种技术先进的可靠方法.介绍了利用气体的拉曼散射效应来测量CO2含量分布的拉曼激光雷达,分析了拉曼雷达的基本原理,设计了具体的实验检测系统,介绍了实验系统各工作件参数情况.对拉曼雷达的回波信号的反演方法进行了具体阐述,初步取得了大气中CO2气体含量分布规律,合肥地区的二氧化碳气体含量大约在350～400 ppmv范围内波动.     

基于多通道高朗伯特性的辐射测量技术研究

近年来大气气溶胶与日俱增,对全球气候和大气环境产生了巨大的负面影响,同时气溶胶的污染特性与臭氧层的破坏有密切关联,为对大气气溶胶、臭氧及太阳辐射剂量进行监测,本文提出一种新型大气探测辐射计的研制及测量方法,该方法研制的辐射计既可用于气候监测,又可用于农业监测。辐射计涵盖可见-红外谱段,同时拥有七个探测通道,它特有的三片式平面匀化器,可控制辐射剂量,保证双腔式探测器的高朗伯特性,经实验验证朗伯特性误差不超过2%。进行高精度辐射定标后,辐射计可获取精确的太阳辐射信号,进而反演出大气气溶胶光学厚度及臭氧浓度等参数,以此指导气候分析及农业生产。     

大气中甲烷含量监测方法研究

甲烷是大气中对温室效应影响仅次于二氧化碳的气体，甲烷的含量对于辐射过程和气候发展趋势的研究是特别重要；通过监测地面环境空气中甲烷的含量来分析其来源，能够为大气化学的研究提供非常重要的依据。本文针对环境空气中甲烷的测定，介绍了常用的两种测量方法。对每种方法的测量原理、特点及适用范围等方面进行了详细的阐述，对GC与TDLAS两种方法进行了详细的比较。     

低功率密封Co2激光器进展与前景

本文以一种低成本的金属射频激励密封CO_2激光器为例,叙述其技术进展与市场前景,并借鉴国外经验,提出国内可望走上规模生产的低成本器件的开发前景。     

ARL-1 Raman激光雷达系统探测大气二氧化碳

介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的测量对流层大气二氧化碳的ARI-I Raman激光雷达系统,以Nd:YAG三倍频作为发射光源,接收大气中氮气和二氧化碳的Raman后向散射信号,反演大气中的二氧化碳混合比分布.在ARL-1 Raman激光雷达系统中,设计了测量Raman激光雷达常数的标定装置,实验结果表明,定标光源LED的稳定度可达99.5%.利用该系统对边界层二氧化碳进行了初步定量测量和分析.