NH3的腔增强吸收光谱检测技术

为了研究腔增强吸收光谱技术是否能用于NH₃气体浓度的检测,采用扫描腔长的方法,以分布反馈式可调谐半导体激光器作光源,用两块高反射率平凹透镜（反射率约为99.9%,曲率半径约为1m）组成的光学谐振腔作吸收池,搭建腔增强吸收光谱装置。在34cm长的吸收池内测量NH₃气体分子在1.5μm附近的弱吸收谱线;通过不断增加NH₃气体浓度来改变腔内压强,每充入一次NH₃都测量并保存一次吸收光谱。通过数据处理,分析谱线宽度随气体浓度变化的关系以及吸收度随腔内压强增加的变化情况,发现都能呈现出良好的线性关系,并对残差噪声进行统计分析,得到了3.3×10-8cm-1的最小探测灵敏度。结果表明,高探测灵敏度的腔增强吸收光谱技术,可以实现NH₃气体浓度的测量,并能得到较好的探测精度。     

利用光参量振荡器测量腔内增强吸收光谱

利用光参量振荡器(OPO)实现了腔内增强吸收光谱(CEAS)。实验使用了线性吸收腔。利用压电陶瓷对吸收腔的反射镜进行扰动,得到光的输出。通过测量乙烷(C2H6)在2996.9μm附近的CEAS,确定了系统的检测灵敏度。在总的腔镜反射率为98.5%的情况下,系统的最小可检测吸收系数为2.3×10-5cm-1,相应的C2H6的测量极限为690ppb。     

用于化学激光器的腔增强吸收光谱测量

燃烧驱动氟化氢化学激光体系中有一些关键基态物种（如DF等）可用于表征燃烧室工作状态,为了控制HF振动激发态的弛豫过程还需要加入少量的碰撞伴侣物种（如SF6、NH3、H2O等）,另一些关键物种（如NF（a）等）则可能会与HF振动激发态发生传能过程,然而不幸的是这些物种的吸收较小。为了利用吸收光谱对这些弱吸收的关键基态物种进行研究,建立了基于离轴式布局的腔增强吸收光谱装置,该装置由光源部分、谐振腔部分和光电接收部分组成,其中谐振腔部分处于真空仓内。为了验证该装置的性能,测量了痕量氨气和水汽的吸收光谱。实验结果表明:该装置的等噪声吸收系数达到了1.610-8 cm-1,表明该装置可以用于氟化氢化学激光器中关键痕量物种的测量诊断工作。     

腔增强/衰荡光谱应用于气溶胶消光检测研究进展

腔增强/衰荡吸收光谱技术,是目前应用最广泛的气溶胶光学特性原位测量方法之一,由于其原位、实时特性,测量过程中气溶胶状态不会发生改变,测量具有代表性,近些年来已经开始作为各种仪器综合比对实验中使用的参考标准。在经过近30年的发展后,相关技术发展日益成熟。本文将对腔增强/衰荡吸收光谱技术的发展及其在气溶胶光学特性测量方面的应用研究做简要的回顾。     

铜岛膜上吸附物的表面增强红外吸收光谱研究

通过置换反应在金属铝表面制备了表面没有任何保护剂且具有红外增强作用的铜岛膜,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和表面增强红外光谱对其形貌和性质进行表征.结果表明:铝片上沉积出的铜呈岛状结构,铜岛膜由二次铜粒子和一次铜粒子通过密堆积的方式构成;首次发现具有这种特殊结构的铜对吸附于其表面的有机分子的红外吸收光谱有较大的增强作用,使得表面增强红外光谱可以用于痕量分析、检测.     

基于非线性标准差模型的差分光学吸收光谱技术烟气浓度测量

采用差分光学吸收光 谱(DOAS)技术测量烟气时,需采用非线性补偿方法来提高测量精度。本文基于自行研制的DO AS技术烟气测量系统,对SO₂和NO标准气体进行了单一气体的建模实验,提出了利用 差分光学密度标准差和气体浓度之间关系的非线性模型预测烟气浓度的方法,并以此测量 了SO₂和NO单一组分及混合气体的浓度,将实验结果与传统最小二乘法的反演浓度进行 了对比。结果显示,测量单一气体时,得到的两种气体非线性模型的判定系数 R²分别为 0.999和0.999,SO₂的满量程误差为±0.7％,最大误差为 2.6%和2.8%,明显优于最小 二乘法反演最大误差－16.1%和－19.9%;测量混合气体时,最大误差 由传统方法的－24.6%和－28.1%减小至－4.8%和5.2%。结果表明,本文方法可提高烟气测量的准确度。     

差分光学吸收光谱技术监测气溶胶研究进展

差分光学吸收光谱技术(DOAS)经过三十多年的发展,已经广泛用于地基、空基和卫星平台的大气痕量气体观测。目前,DOAS技术在大气气溶胶光学厚度、消光系数、粒径分布、污染类型等监测领域得到了很大的发展,为大气环境监测、大气化学研究提供了新的手段和方法.在分别回顾主动DOAS技术监测近地面气溶胶以及被动DOAS技术反演垂直方向上气溶胶光学参数等研究的基础上,对DOAS技术监测气溶胶的研究领域技术发展提出新思路.     

基于差分吸收光谱技术(DOAS)的气态汞污染测量

中国大气汞污染严重,是全球范围大气汞污染最为严重的区域之一.汞主要以单质形式长时间存在于大气中,并可进行长距离传输.对差分吸收光谱技术(DOAS)应用于大气汞测量的可行性进行了研究.首先,通过测量不同长度的饱和汞蒸气样品池对光谱的吸收,了解汞共振线的吸收情况;并分析了汞样气对高分辨率光谱仪的响应;最后,利用现有仪器对大气汞吸收进行了测量,确定了主要干扰气体及大气汞测量对仪器光谱分辨率的要求,为进一步的大气汞测量及燃煤烟气中高浓度汞测量提供了先期技术支持.     

基于激光吸收光谱技术的火焰温度二维检测研究

为了实现燃烧场温度的高精度测量,将可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)与计算层析技术(CT)进行结合建立了 TDLAT温度测量系统.选用中心波长为1 388 nm和1 343 nm的DFB激光器,在10 kHz的扫描频率下利用32光路CT测量单元对三喷口燃烧器的甲烷预混火焰进行吸光度测量,并对激光吸收结果进行了二...     

基于V型谐振腔的热稳定性分析

为了提高V型谐振腔的热稳定性,采用了图解分析法,将V型折叠腔等效为腔内含有一个透镜的共轴球面腔。同时考虑到晶体热透镜效应,结合多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将等效后腔内含透镜组的多元件球面腔近似等价为腔内不含透镜的共轴球面空腔。对V型腔等价后的共轴球面空腔的稳定性进行了理论计算和仿真分析。结果表明,当总腔长为75mm、折叠角为0.15π左右时,谐振腔具有最宽的热稳定范围;此时若增益介质与折叠镜的间距为28mm,则谐振腔能适应的最小热透镜焦距可达12mm。这一结果体现了谐振腔关键参量对热稳定性的重要影响,对激光腔型稳定性的优化设计具有一定的指导意义。     

基于多模激光吸收光谱的CO浓度高灵敏度测量

为提高多模激光吸收光谱技术的探测灵敏度,采用1 570nm多模二极管激光器为光源,以程长为100m的离散镜片型多通池作为气体吸收池,将多模二极管激光关联光谱技术、波长调制技术和长程吸收技术相结合,建立了一套具有高检测灵敏度和高稳定性的气体分子光谱测量系统。实验中将多模激光分成两束,一束作为参考光通过已知目标气体浓度的参考池,另一束通过混有待测气体的测量池,测量光信号和参考光信号被同时探测和解调。通过计算待测气体和参考池气体之间二次谐波信号峰值高度之间的关系,反演出CO的浓度。利用该装置测量了CO气体在1 570nm附近的近红外吸收光谱。实验表明,CO浓度测量值与真实浓度值之间具有良好的线性关系,线性度为0.9995,平均偏差为1.19%,对CO的探测极限为37.3×10-6,对同一样品在30min内的30次连续测量的标准偏差为0.839%,表明了系统良好的稳定性。     

基于DOAS技术的SO2浓度分析仪研究

为了实时监测工业烟气中SO2的排放,设计了一种基于差分吸收光谱技术的SO2浓度分析系统。该系统采用差分吸收光谱技术原理,在深入研究差分吸收光谱数据处理方法的基础上,在实验室状态下获取了与仪器分辨率相匹配的SO2标准吸收截面,采用光路反射设计和透紫石英镜片,改进了气体池结构。结果表明,该系统的实时测量浓度值与标准浓度值有较好的一致性,能够满足对SO2气体排放的高精度实时监测要求。     

基于吸收光谱技术的气流速度测量研究

气体运动速度的非接触在线测量在发动机等高速流场实验研究中具有重要意义。基于吸收光谱技术中吸收谱线的多普勒频移效应,设计并搭建了高速气流测速系统,对经过拉瓦尔喷管加速的高速气流速度进行了实时在线检测。实验选用H2O在1392 nm附近的特征吸收谱线,基于LabVIEW程序进行数据采集与处理得到实时流速。在此基础上,分析了该系统的速度测量极限,为后续系统进一步优化及整体装置的开发奠定了基础。     

基子光谱差分吸收技术的农药残留检测研究

针对国内主要食品中广泛存在的农药残留带来的食品安全问题,研究一种方便快捷且成本适宜的检测技术,具有重要的意义。目前,已有相关实验将光谱吸收技术用于食品农药残留检测,但是,对于定量检测及测量精度方面该实验还存在一些不足。本文基于差分吸收技术,采用荷兰Avantes公司的微型光纤光谱仪以及分光光度计,进行了相关实验,实现了对敌敌畏水剂农药的定量测量,从而对基于光谱吸收技术的农药残留检测技术进行了完善,使其更加适合实际应用。     

CO2分子的近红外可调谐二极管激光吸收光谱高灵敏探测

利用近红外可调谐半导体二极管激光用直接吸收光谱技术和波长调制光谱技术初步观测了CO2在1.31 m附近的吸收.从实验结果可以看出,在4.5torr压力下,可探测最小吸收线强度为3.769×10-27μcm-1/(molecule·cm-2),相应的信噪比是16.8.     

基于时域频域分析结合的调谐激光吸收光谱检测参数优化

随着调谐激光吸收光谱(tunable laser absorption spectroscopy, TLAS)技术在气体检测中的应用越来越广泛,二次谐波信号的质量与检测参数紧密相关,因而分析检测参数的优化方法很有意义。本文根据谱线预处理中的滤波参数、系统采样时间、锁相放大器的时间常数对信号的影响以及参数间的联系,总结检测参数的选取规律。根据滤波原理和不同浓度下信号的均方根误差(root mean squared error,RMSE)值选择合适的滤波阶数和窗宽。选择信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、RMSE、信号与噪声频域幅度之比(ratio of amplitude in frequency domain of signal to noise,f_SNR)3种评价指标的曲线变化趋势进行时频分析,得到最佳采样周期数为30,结合实验系统具体参数可计算最佳采样时间。通过信号主频带与截止频率的关系和滤波效果选择合适的时间常数。综合分析3个检测参数并总结选取方法,可提高二次谐波信号的质量。本文提出的参数选取方法对提高二次谐波在实际应用中的准确度有...     

近红外波长CO浓度检测技术

文中提出了一种新的CO浓度检测系统,根据光谱吸收原理,采用双光束气体浓度检测技术。系统选用近红外光源和探测器,与传统的中红外波长工作器件相比,成本得以降低。近红外波长光信号利用光纤传输,替代了传统的复杂光路系统,使器件结构小型化。文章介绍了这项技术的原理及特色。     

白血病血浆的紫外-可见吸收光谱研究

本文用分光光度计采集正常人及白血病患者血浆吸收谱,分析200～800nm范围内的光谱,发现光谱的相对强度比I279/I253及红细胞的相对含量A414,酪氨酸、色氨酸的相对含量比A272/A282存在差异,该结果表明血浆的吸收谱对于白血病的快速、微损诊断具有参考价值.     

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%。