小型化大气二氧化碳垂直廓线测量系统标定

通过Li-7500分析仪对小型化大气CO2探测系统进行标定和误差分析。首先,依据4天的测量数据标定CO2体积比浓度,系统采集的吸收度与Li-7500 CO2分析仪测量的CO2体积比浓度满足线性关系,得到的CO2体积比浓度标定系数一致性较好;其次,利用平均后的数据对系统标定,反演得到的CO2体积比浓度相对误差绝对值小于2.0%,与Li-7500 CO2分析仪数据相关性系数大于0.9,充分表明了系统的稳定性和可靠性;最后,根据温度变化对大气传输效应的影响,分析了合肥市科学岛近地面CO2的昼夜变化特征,结果表明近地面CO2体积比浓度变化与温度变化有较强的负相关性。综上证明了标定结果的准确性,为后续测量CO2垂直分布廓线提供了数据支持。     

新型光室结构的主流式NDIR呼吸CO2监测系统

针对主流式非分散红外（NDIR）呼吸CO₂监测系统灵敏度及信噪比低下的问题,提出利用复合抛物面聚光器（CPC）提升监测系统性能的方法。利用ZEMAX模拟光室并优化CPC和常用的圆管聚光器以及锥形聚光器,采用单光源双光路的主流式一体化方法进行监测系统的气室设计,以STM32F100为主控芯片实现硬件系统控制,对具有不同光室结构的监测系统进行CO₂浓度标定和实时人体呼吸检测实验,获取其CO₂浓度与系统输出信号的对应关系和CO₂波形图。结果表明,CPC光室其模拟光学效率为4.3%,比常用的聚光器最高可提升89.77倍;装有CPC的监测系统其灵敏度与信噪比为8.940 7、24.65,比装有常用聚光器的系统的灵敏度最高可提升3.811倍、信噪比提升1.926倍;并且安装CPC的系统运行稳定,响应快,能够实时的反应出被测者的呼吸CO₂波形图。     

一种新的CO2探空测量方法

介绍了一种新的CO2探空测量方法。其原理是利用比尔-歩格-朗伯定律,使用非分光红外法,通过选择合适的红外光源和红外探测器,设计了合理的电路,在定标的基础上将测量的光强转换成CO2浓度,制作出可用于探空测量的实验装置。通过与EC9820型CO2分析仪的地面对比实验,结果表明,连续24h测量的误差范围在-10×10-6～10×10-6,平均误差为3.76×10-6,验证了设计的可行性,基本满足了大气CO2探空的精度需求,为进一步研制CO2探空仪提供了参考。     

大气湍流对相干激光雷达CO2探测精度影响研究

为研究大气湍流对激光回波的光强起伏、漂 移、波前畸变以及偏振退化的影响,计算了大气后向散射回波在不同探测高度下的信噪比 (SNR),结合Hufnagel-Valley模型 分析了球面波大气闪烁调制因子,得到了近地大气光强起伏方差;利用模式匹配数值积分方 法,得到了不同高度的空间 光-单模光纤(SMF)的耦合效率;从光场复振幅和探测面上光斑的爱里斑模型出发,研究了 空间相位起伏对外差效率的影响;最 后基于20m气体池差分吸收探测CO₂浓度的实验数据,分析大气 湍流对外场实验影响。结果表明,大 气湍流会使系统精度降低1.21倍,20m光程下系统精度由424.83×10－6变为514. 04×10－6,性能下降严重。本文所作的分析对差分吸收相干激光雷 达(DIAL)外场实验有重要参考意义。     

高超声速流场中CO2的红外辐射研究

文中针对高超声速绕流场中驻点线上的CO2气体展开了辐射光谱的相关研究,分析了CO2 对 整个高超声速目标的红外辐射产生的影响。研究了以球体作为飞行本体,通过计算流体力学的方法,描述高超声速流场中驻点线的物理状态以及CO2的含量变化。以此为基础,通过逐线法计算了不同 飞行条件下绕流场中驻点线上CO2的辐射光谱。估算了发生烧蚀现象时,CO2的辐射光谱。通过理论 计算,发现在典型的高超声速飞行状态下,无烧蚀的纯空气高超声速流场中驻点线上CO2 的红外辐 射远小于飞行器本体的红外辐射。而在有烧蚀的情况下,激波层中的CO2的红外辐射将不可忽略。     

一种用于CO2气体传感器的新型MEMS红外光源

基于CO2红外气体传感器微型化、智能化、低功耗的发展要求,创新性地提出一种中心温度为407℃的CO2检测用微电子机械系统(MEMS)红外光源芯片.采用X型悬空桥式微热板结构,内部发热区域以环形走线的钨(W)电极为加热丝,以SiO2和Si3N4双层薄膜作为机械支撑保护层,可防止钨电阻丝氧化并提高寿命.电热耦合有限元仿真分析显示,该光源芯片具有发热区温度分布均匀、热响应时间短、功耗低的优点.采用10.16 cm(4 inch)MEMS工艺完成了芯片的流片制造.测试结果表明,该光源芯片在24 ms内即可快速升温至工作温度407℃,功耗低至46 mW,工作电压为2.85V,工作电流为16.2 mA,具有热响应时间快、功耗低、集成度高的特点.     

中高层大气CO2临边辐射院模拟与观测对比分析

利用更新的高层大气辐射传输软件(SHARC)中的非局域热平衡辐射传输模式模拟了SABER传感器观测的CO2 15m、4.3m宽带通道临边辐亮度,并与相应的SABER实测数据进行了对比分析。讨论了CO2 non-LTE辐射传输的一般特性;验证了SHARC的可靠性,确定了其适用范围。在一定的精度要求下,利用SHARC模式可以较准确地模拟所有中纬度大气条件的CO2 15m、4.3m带临边辐射特性。而若要更精确地模拟中高层大气CO2 non-LTE辐射特性并应用到极地夏季等极端大气条件下,在提高该高度大气参数精度的同时,改进模式的算法也是必要的。     

大功率CO2激光器倍频晶体综述

介绍了中红外激光的产生方式以及各种中红外激光器的特点。结合CO2激光器倍频产生中红外的优点,重点讨论了CO2激光器倍频晶体的性能。对常用的双折射相位匹配(BPM)倍频晶体和准相位匹配(QPM)倍频晶体性能进行了比较分析。展望了高功率CO2倍频激光器的发展需要解决的问题及可能的技术途径。     

CO2激光诱导大气放电特性的研究

为了研究脉冲CO₂激光诱导空气放电的特性,建立了高压电容充放电实验平台,采用间距为8mm、半径为10mm的一对球形石墨电极,取得了放电电压和电流的实时数据,采用2阶振荡电路模型对放电电压和放电电流进行拟合得到了电极间激光诱导放电等离子体的阻抗,并对放电时间、放电延时及抖动做了统计。结果表明,激光诱导放电等离子体的阻抗很小,约1Ω~2Ω,拟合得到的放电等离子体阻抗随放电电压、放电电容、以及激光能量的增加而减小;放电延时随着实验条件的变化在2μs~10μs之间变化,放电延时以及延时抖动随着放电电压和激光能量的增加而降低,而受放电电容大小的影响不明显。由此高稳定性的激光脉冲和高压有助于激光诱导放电过程的稳定。     

非色散红外CO2传感器温度补偿方法研究

针对非色散红外CO₂传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO₂传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10%～20%浓度范围内的CO₂时,最大相对误差为2.98%,重复性实验显示RSD为1.22%,为非色散红外CO₂传感器补偿温度提供借鉴意义。     

Remote sensing of atmospheric wind velocities using solid-state andCO2 coherent laser systems

Coherent lidar/laser radar systems have been used for the remote measurement of atmospheric wind velocity since 1966. Both CW and pulsed coherent lidars have been developed and applied to a variety of ground-based and airborne applications. In recent years, most efforts have concentrated on pulsed CO₂ and solid-state Doppler lidars for the remote measurement of atmospheric wind velocities. Issues associated with the design and application of coherent lidars to atmospheric wind measurement are discussed. Coherent lidar/laser radar systems have been applied to detection and tracking of aircraft wake vortices, measurement of atmospheric wind fields during the space shuttle takeoff and landing, airborne windshear detection, ground-based airport microburst windshear monitoring, meteorological research, and environmental monitoring. Numerous examples of measurement results are presented. An assessment of the status of coherent lidar technology as practical devices for operational and research uses is addressed     

TEA CO_2激光脉冲波形分析

自从1970年Beaulieu首次报导TEACO_2激光器以来,这类激光器已成为激光核聚变、同位素分离、激光加工、激光雷达、激光化学等方面的有力工具。TEA CO_2激光的输出脉冲波形一般是由一个100毫微秒的增益开关脉冲及1～2微秒的尾部组成。我们用光子牵引检测器检测了紫外预电离TEACO_2激光器的脉冲波形,观察了各种泵浦水平下的各种波形,并采用Manes和Seguin的五温度动力学模型,分析计算了不同条件下的动力学过程,从而解释了实验结果。     

高功率TEA CO2激光器控制系统设计

随着高功率TEA CO2激光器技术的快速发展,及其在工业加工、科学研究、航空航天等领域的广泛应用,对其自身控制系统也提出了更高的性能要求。针对所研制的高功率TEA CO2激光器,设计了一种基于DSP数字信号处理器技术的控制系统,分别从硬件、软件两方面对控制系统的核心单元做了详细的介绍;为了克服激光器在工作过程中产生的强电磁干扰,对控制系统采取了屏蔽箱体结构、电源滤波、安全接地、数字滤波、关键数据存储自恢复、抗复位干扰等设计。经过激光器长时间运行试验,控制系统工作稳定、可靠,控制响应速度快,同时满足了抗强电磁干扰的设计要求,具有很好的实用和推广价值。     

大功率脉冲TEA CO2激光器控制系统设计

大功率脉冲TEA CO₂激光器不仅设备复杂,而且具有高电压、高激光功率、强电磁干扰的特点。本文采用工控机、可编程控制器和触摸屏,设计并实现了两级分布式大功率脉冲TEA CO₂激光器控制系统。详细阐述了系统硬件和软件的设计方案及实施过程。实际应用表明,该控制系统工作稳定可靠,具有较好的实际应用价值。     

CO_2波导激光器的最佳化

计算了内腔封离型CO_2波导激光器的EH_11波导模的传输和耦合损耗,设计并制造了内腔封离型CO_2波导激光器.器件的最高输出功率为3.57W,单位激活长度和体积的输出功率分别为0.27W/cm、17.3W/cm~3.     

混合型TEA CO2激光器

本文给出了一种获得单纵模脉冲激光的装置。该激光器由TEA CO2和CWCO2激光器组成,采用内注入,结构简单易注入成功。本实验得到了预期的结果,并提出了进一步改进的方法。     

Rf-excited All-metal CO2 Laser

本文描述了一个紧凑的封离型,RF激励全金属CO     

封离型CO_2波导激光器

本文报导密封CO_2波导激光器的结构设计、制造及其性能.器件放电长为12.5厘米,由四块BeO陶瓷板贴成1.5毫米方孔而成,腔长为15厘米.最大输出功率1瓦,在150托气压下,用两只波导激光器进行光外差测量,测得在一条谱线上(P_(20))调谐宽度为500兆赫.     

Subnanosecond multi-gigawatt CO2 laser

A semiconductor switching technique has been utilized to produce 30-300 ps variable duration CO₂ laser pulses of 0.5-MW peak power. Eight passes through a 1.2-m long, UV-preionized, 3-atm TE CO₂ amplifier raise the output laser peak power to the 10¹⁰ W level. Sampling the amplifier gain in linear and saturated regimes using CO₂ laser radiation ranging from CW to 30 ps pulse length permits comparison with computer modeling of picosecond CO₂ pulse amplification. The potential for further peak power scaling of picosecond molecular lasers is discussed     

CO2激光半主动导引头控制系统仿真

详细阐述了连续系统数字仿真程序包在CO2激光半主动导引头控制系统中的应用.该程序包适用于单变量.可以面向方程,也可以面向框图.程序结构采用模块式.