利用激光吸收光谱法测量煤矿瓦斯气体的研究

介绍了可调谐二极管激光吸收光谱法测量煤矿瓦斯气体的基本原理 ,给出了测量系统的结构框图。该方法是利用可调谐二极管发出激光 ,经准直后 ,再经过一段距离的传输 ,由望远镜来接受 ,在传输中 ,由于瓦斯气体分子对光在一定波段有吸收特性 ,使光谱反映了瓦斯的特性。通过与光源发出的光进行比较 ,反演瓦斯气体在矿井中的浓度。该方法克服了传统方法如气相色谱法实时性差的缺点 ,实现了完全非接触在线自动监测 ,真实反映矿井瓦斯的浓度。     

长程差分吸收光谱中快速扫描光谱仪设计与性能分析

长程差分吸收光谱(DOAS)技术已经越来越广泛地被用来测量大气中痕量气体浓度．在DOAS系统中，快速准确地获得光谱信号是正确反演痕量气体浓度的关键．文中在讨论空气质量DOAS系统组成的基础上，提出了快速扫描光谱仪的设计并对影响光谱性能的问题进行了讨论。定标谱线和实际测量结果表明：所研制的快速扫描光谱仪在进行合理的结构设计和正确的安装调试后能够满足空气质量监测系统的要求．     

大气污染监测中的DOAS技术研究

简要介绍UV-VIS的差分吸收光谱技术(以下简称DOAS技术),其应用非常广泛.对于在紫外及可见光谱范围内有较明显吸收峰的各类气体及气态物质从理论上讲都可以测量.DOAS以远优于点测量的空间分辨能力和时间响应能力而大量用来测量非标准污染物.并且易于操作,费用低廉,实时分析,全路径非接触测量,比点监测系统有极高的优越性.DOAS作为光谱监测技术,利用激光在开放大气中的各种痕量气体的特征吸收,来确定光通过的路径上各气体的平均浓度.可监测SO2,NO,NO2,NO3,HONO,及形成光化学烟雾的不同痕量气体,诸如:O3,NO2,HCHO,NO3,SO2,BrO,IO,ClO和若干种芳香烃. 我们正在研制有自主产权的DOAS系统,目前正在进行开路监测的系列实验,已能明显获取SO2,NO,NO2的吸收谱线,并且和现有监测技术的测量比对误差小于10%.(OE31)     

差分光学吸收光谱系统中标准吸收截面数据处理方法研究

本文介绍了差分光学吸收光谱法（DOAS）测量大气污染气体浓度的基本原理,描述了在测量光谱分析中所做的一些必要处理。介绍了卷积在DOAS方法中对污染物浓度反演的应用,通过与其它处理方法的光谱数据对比,证明了卷积处理光谱数据可以提高污染物浓度反演的精度。     

基于DOAS的消防应急救援多气体快速遥感仪

在国内首次报道了可对30多 种有毒气体连续监测的基于DOAS(differential optical absorption spectra)技术的车载消防应急救援多气体快速遥感仪,仪器采用长光程紫外差分吸收光谱 法痕量气体分析 技术,光发射器和光接收器共用一个卡塞格林望远镜,以减少大气紊动对测量数据的影响; 仪器的反射系 统可以灵活地设置在任意需要区域,分析系统设置在救援车内,在需要长时间监测时,避免 了工作人员近 距离暴露在危险环境中。多气体DOAS仪器特别适合各类气体泄漏事故的消防应急处理。     

基于太阳光谱的FTIR技术监测石油化工区丙烯的浓度分布

介绍了一种基于太阳光谱的傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术实时监测石油化工区丙烯浓度分布情况的新方法和非线性最小二乘法反演污染气体浓度的算法。利用自主研发的车载FTIR系统对预监测污染源区域做闭合环路测量获取背景参考谱、测量谱,同时应用气体辐射传输的简化模型计算得到大气透过率谱,最终应用非线性最小二乘拟合算法对大气透过率谱反演得出污染源区域周边污染气体分布的柱浓度信息。运用此方法实际遥测了上海高桥石油化工区丙烯排放的情况,实验结果显示,测量的丙烯柱浓度分布准确地反应了污染物的排放和扩散情况,证明了车载FTIR技术在区域性污染气体监测方面的实用性。     

专题前言

<正>以差分吸收激光雷达、拉曼激光雷达等为代表的大气污染光学探测技术虽然具有实时、远程的优势，但在多组分监测，特别是在测量气溶胶、金属等大气污染物化学成分和浓度等方面具有局限性。而飞秒光丝激光雷达是一种可远程、快速探测多组分大气污染物的技术。当高功率飞秒激光在大气中传输时，能量不会发散，而是形成一个高光强激光通道，这个通道被称为“光丝”，这一过程则被称为“成丝现象”。光丝内的激光强度足以诱导电离、多光子荧光、受激拉曼散射、四波混频等各种非线性光学效应，激发出具有物质特征的光谱信号，从而为多组分大气污染物监测提供数据。     

车载多光路DOAS技术探测污染气体垂直柱浓度研究

目前天顶方向的车载单光路（DOAS）系统在解析污染气体柱浓度时,都是以测量得到的斜柱浓度近似代表垂直柱浓度,这在计算通量时会造成一定的误差。结合多轴DOAS思想,研究了车载多光路DOAS技术,即在汽车移动平台上设置了两个不同仰角（90°、30°）的望远镜分别接收天顶散射光,利用DOAS方法解析两个方向的斜柱浓度,并结合大气辐射传输模型计算大气质量因子最终获得垂直柱浓度。相比于目前的天顶方向车载单光路系统,车载多光路DOAS系统具有高灵敏度、低不确定性等优点。利用此系统在淮南某电厂进行了测试实验,得到了电厂区域排放的NO2准确垂直柱浓度分布信息,并与天顶方向的斜柱浓度分布比较,两者在浓度趋势上具有较好的一致性。     

以太阳为光源差分光学吸收光谱法中光谱的精确处理

本文对用太阳作光源的DOAS系统测量城市大气中污染物浓度的试验中所遇到的由于太阳的移动所造成的光谱平移作了简单的说明,并且对解决该问题的方法做了比较详细的描述,通过实际中的应用,证明该方法对解决该问题非常合适。     

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.     

差分光学吸收光谱(DOAS)技术在烟气监测中的应用研究

本文将差分光学吸收光谱(Differential Optical Absorption Spectroscoy,DOAS)技术中的浓度反演方法运用到烟气中NO、NO2、NH3和SO2的监测.利用它们在200～250 nm附近具有不同强度吸收的特性,测量烟气的吸收光谱,用DOAS方法反演出NO、NO2、NH3和SO2分子的浓度,这种方法消除了烟气中烟尘、水汽和其它成分的影响,使在线实时测量成为可能,在实验室内对不同气体分子浓度样气进行了测量和浓度反演,经过现场对比测量证明这种方法是正确的.     

基于QE65000光谱仪和DOAS的大气痕量气体浓度测量

针对QE65000光谱仪低噪声、紫外灵敏度高且尺寸小和重量轻等特点,开发了基于QE65000的差分吸收光谱(DOAS)遥测系统。首先研究了QE65000光谱仪探测器的偏置、暗电流以及暗电流与积分时间的关系,然后利用汞灯标定了光谱仪的波段范围和分辨率,并构建了基于QE65000的DOAS遥测实验装置,给出利用此系统测量的大气痕量气体吸收光谱和氙灯吸收谱,基于差分原理反演了大气中痕量气体的浓度,并给出测量误差和遥测系统探测低限。研究结果表明QE65000光谱仪应用于差分系统,为实现DOAS系统的小型化、便携化提供了可能。     

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%。     

Infrared tomographic system for monitoring the two-dimensionaldistribution of atmospheric pollution over limited areas

In this paper, we analyze the feasibility and performance of a particular tomographic system for atmospheric pollution monitoring over limited areas (e.g., urban areas). Such a system exploits attenuation-based infrared measurements of the average concentration of the fundamental molecular species of pollutants along rectilinear paths. First, the paper demonstrates the feasibility of an apparatus based on semiconductor infrared laser diode transmitters and passive retroreflectors, capable of measuring the average concentration of pollutants along rectilinear paths with 2-km maximum length, by exploiting their infrared absorption properties. For each gaseous species of interest, the optimal wavelength is then singled out, with the purpose of applying the derivative method for measuring the corresponding average atmospheric concentration. The optimal wavelengths are determined based on both absorption data of atmospheric components and plausible ranges of variation of their concentration. Finally, we present simulations carried out to evaluate the reconstruction of spatial-concentration fields of several air pollutants obtained through a tomographic-inversion algorithm exploiting simultaneous attenuation measurements made along different infrared links. Two different network topologies for such measurements are considered     

烟道SO2浓度的紫外差分吸收光谱法测量研究

本文研究了烟道ＳＯ２浓度的紫外差分吸收测量方法,采用氘灯作光源,旋转式光栅单色仪,用光电倍增管做探测器;对实际测量数据的分析表明,方法可精确测量烟道ＳＯ２的浓度,由于采用了差分吸收测量,烟道中的其它气体成份和光源强度随时间的慢变化对测量结果和精度影响可以忽略。     

Measurement of air pollutants by differential optical absorption spectroscopy using a Cassegrain telescope with fibers

A differential optical absorption spectroscopy (DOAS) method is presented and used for the air pollutant detection. The novel measurement frame employs a Cassegrain telescope and a combined fiber bundle. The emitting and receiving fibers are bundled together at one port. The common port is placed at the focus of the Cassegrain telescope. The total length of the prototype is reduced to about 1/2 of the traditional one. Air pollutants of SO2, NO2 and O3 are monitored by the prototype, and the concentrations are inverted. Results show that the correlation coefficients are 0.9490, 0.9614 and 0.9301, respectively. And there is a good consistency between the measured results and the reference data.     

差分吸收光谱技术在气溶胶监测领域的应用研究

介绍了差分吸收光谱(DOAS)技术在气溶胶监测领域的应用.在研究、分析国外学者的研究基础上,提出采用单光路法并结合大气在550 nm处的能见度校准的方法测量气溶胶消光系数的研究计划.通过实验验证,该方法成功解析出大气气溶胶消光系数.