基于TDLAS的长光程环境大气痕量CO监测方法研究

CO作为大气中重要的污染物和煤矿、油田等环境的危险气体,CO浓度的实时监测对生产生活安全具有重要意义。筛选出CO位于2334 nm附近的R(6)吸收谱线,搭建了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的长光程开放光路大气CO监测系统。采用直接吸收技术,吸收光程为700 m,借助离轴抛物面镜实现了收发同光路;低功耗、小型化的测量控制系统,在单块电路板上实现了激光器驱动、光谱信号处理等功能,单板体积为120 mm×100 mm×25 mm,功耗小于5 W。上位机对光谱数据进行多峰拟合处理,分离出CO和CH4的吸收光谱,反演CO浓度。通过分析光谱数据标准差可知,在1 s响应时间下的检测限为0.06×10-6。对大气中的CO浓度进行了连续监测,测量结果和CO点式分析仪结果一致性良好,验证了该系统仪器化的可行性。     

仪器测量过程中的接地和共地问题探讨

仪器接入电路中时要注意接地,否则会造成仪器损坏或人身安全事故.测量时,要注意仪器之间的共地状态,忽视共地,会对仪器测量结果造成影响,甚至损坏仪器.因此,对仪器测量过程中的接地和共地问题进行了探讨,希望对相关工作人员有所帮助.     

两点式速度测量仪校准方法研究

深入分析当前两点式速度测量仪校准方法存在的问题,基于两点式速度测量仪的原理,探索出两种准确度高、切实可行的校准方法,并进行了测量不确定度分析,对该类仪器的校准有积极的指导意义.     

开放光程傅里叶变换红外光谱系统观测城市空气中的NH3

介绍了一套自行研制的开放光程傅里叶变换红外光谱系统,该系统具有250 m的有效光程.利用HITRAN数据库中的辐射线强等参数建立了用于浓度反演的标准吸收截面.使用该系统对北京地区大气的NH3进行了连续观测,并对测量结果进行了分析.研究结果表明,北京地区大气具有较高的NH3浓度,且具有比较明显的日变化周期特征,体现出白天高、夜间低的变化特征.     

相位式光纤测量电路系统的设计与实现

本文在FPGA、直接数字频率合成(DDS)、数字鉴相等技术的基础上,设计并实现了相位式光纤测量电路,用于基于光纤的激光测距校正系统中光纤光程的测量.本文介绍了相位法测量的基本原理,对其电路设计和关键技术的实现进行了论述,并给出了系统的实际测量结果,为光纤光程的测量和标定提供了一个可行的方案和参考.     

基于可调谐二极管激光吸收光谱学对二次谐波检测噪声分析研究

在可调谐红外激光器的基础上发展的新的痕量气体监测分析方法,已在大气化学研究和污染气体监测领域中得到了应用.在无法通过增加光程长度来提高系统检测灵敏度的环境中,降低噪声、提高信噪比,是提高TDLAS二次谐波检测技术系统检测灵敏度的途径之一.介绍了TDLAS的噪声来源并对短吸收光程下的CO和CO2的近红外波段二次谐波进行了测量研究和噪声分析.获得CO和CO2的最小检测灵敏度分别为0.73%和0.98%.这一结果能够满足某些对于测量要求不是很高的情况下的环境监测的需要.     

星载紫外遥感仪器测量系统噪声研究

针对星载紫外遥感仪器的高测量灵敏度和大动态范围的要求,采用了数字同步累加解调法提取所测的光谱信号,实时扣除噪声和零点飘移的影响.为保证仪器弱信号下土1%的光度测量精度,电控测量系统噪声应低于8×10-12 A.分析了噪声的来源及其对测量信号的影响,并对所设计的系统进行了噪声及噪声等效光谱辐亮度测试,将该方法的测量结果与采用常规方法测量所得的结果进行了比较.结果表明:该方法扣除背景噪声近80%,且对小信号测量的效果较佳,信噪比达到了国际同类仪器的水平.     

光纤干涉测距仪中倍增光纤长度的自标定

介绍了一种利用半导体激光器作光源 ,在光纤干涉测距中标定光纤光程差的自标定方法。它不需要借用外界仪器 ,仅利用自身的测量系统就可以精确地标定两组光纤的光程差。将标定结果引入测量系统 ,就可以实现测量系统的量程倍增 ,从而实现无长导轨的大距离、高精度测量。     

浅谈气象仪器计量与观测中的视差分析

气象仪器是用于气象预报和气象监测等气象服务领域的一种专业设备,在进行常规的仪器计量和气象观测的工作中,经常要对温度表、湿度表、水银气压表等仪表上的数据进行读取。由于在实际操作的过程中,往往会受到外界或人为方面的影响而导致最终的读取数据出现误差,从而影响测量数据的准确性。本文对气象仪器测量数据准确的重要性进行了介绍,分析了常用的几种测量方法和出现测量误差的原因,提出了加强测量准确性的方法。     

带宽与采样频率为指标：示波器的两种反应特性

工程人员在进行高速数字信号测量时,通常需要具备两种测量技术的基础知识.一个是理解有关探针(Probe)等测试附件的特性,另外一个就是要了解测试仪器本身,通常就是指示波器(Oscilloscope)的频率反应特性.下面就来探讨示波器的两种反应特性及不同反应特性对系统的影响和区分.     

采用开放光路FTIR光谱法的1, 3-丁二烯测量研究

为验证利用开放光路傅里叶变换红外光谱法（OP-FTIR）测量工业区环境大气中1,3-丁二烯浓度的可行性,首先在实验室对配置的已知浓度的标准气体进行了测量研究。利用自行搭建的基于Bruker公司IR-Cube光谱仪的开放光路FTIR测量系统对不同浓度的1,3-丁二烯进行了测量,然后结合QASOFT数据库1,3-丁二烯的吸光度信息,利用非线性最小二乘拟合算法（NLLS）对测量光谱进行了浓度反演,并对测量系统作了线性标定。实验结果表明,开放光路FTIR测量系统性能稳定;系统响应快;线性度好,线性相关系数为0.998;系统对于1,3-丁二烯的检测下限约为18.77 mgm-2。实验研究表明,OP-FTIR系统能用于区域环境大气的1,3-丁二烯的监测和研究,开放光路FTIR方法能够作为1,3-丁二烯的一种分析检测技术。     

可调谐二极管激光吸收光谱法监测环境空气中甲烷的浓度变化

可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术是利用二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱，从而对污染气体进行定性或定量分析。通过该方法对环境空气中甲烷（CH4）的含量进行了长时间的监测。以室温下工作的近红外可调谐半导体激光器作为光源；使用多次反射池增加吸收光程来提高检测灵敏度；并且使用了二次谐波检测技术进一步降低了检测限，使检测限低于0.087mg／m^3，满足了对环境空气中甲烷进行监测的需要。     

Gas carburizing of steel with furnace atmospheres formedin situ from methane and air and from butane and air

Carburizing experiments were conducted at 927 °C (1700 °F) and 843 °C (1550 °F) using furnace atmospheres formed from methane and air and from butane and air introduced directly into the carburizing furnace. Gas flow rates were low to promote equilibration of the reaction products within the furnace. The air flow rate was held constant while the methane or butane flow was automatically regulated to maintain a constant oxygen potential, as measured by a zirconia oxygen sensor, within the furnace. In comparing the results of these experiments with earlier results obtained using propane and air, several differences were noted: (a) The methane content of the furnace atmosphere, measured by infrared analysis, was about twice as great when methane was the feed gas rather than propane or butane. This was true despite the fact that the mean residence time of the gas within the furnace was greater in the methane experiments. Methane appears to be less effective than propane or butane in reducing the CO₂ and H₂O contents to the levels required for carburizing. (b) There was a greater tendency for the CO content of the furnace atmosphere to decrease at high carbon potentials when methane is used instead of propane or butane. The decrease in CO content is due to hydrogen dilution caused by sooting in the furnace vestibule. These differences in behavior make propane or butane better suited than methane for in situ generation of carburizing atmospheres. However, there is no difference in the amount of carburizing occurring at a specified carbon potential when methane, propane, or butane are used as the feed gas in this process. Formerly a member of the Engineering and Research Staff.     

水气含量对基于QEPAS甲烷气体探测性能的影响

由于气体的湿度对分子振动弛豫有着较大的影响,利用石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)技术作为甲烷气体传感,在实际应用中,空气的水气浓度变化将会使光声测量气体浓度的信号强度发生变化。实验中采用鼓泡法结合湿度计来改变探测气体中的湿度,测量了常压下1.653μm波长处甲烷的二次谐波信号,系统地研究了探测气体中水气浓度的变化对石英音叉Q值、共振频率f0等参数的影响。实验结果表明,水气对基于QEPAS技术甲烷气体传感器的实际应用有着很大的影响,主要表现在甲烷分子振动弛豫和探测系统性能两个方面。当实际大气中绝对湿度为2.34%时,获得的系统最小可探测质量浓度为0.57mg/m3。     

激光斜程湍流大气传输平均偏振起伏

运用光子密度分布函数和采用大气折射率起伏Von Karmam湍流谱、研究了相干激光通过斜程大气传输时的平均量子偏振起伏。通过唯象方法导出大气折射起伏对光场相位调制关系,从而建立了斜程大气光子密度分布函数模型。基于斜程湍流大气光子密度分布函数导出了平均＂量子偏振度＂的解析关系。结果指出：湍流大气导致光束偏振度起伏满足零均值高斯分布,大气湍流不影响光子偏振度统计平均值。     

甲烷红外吸收光谱随环境变化关系研究

基于气体谱线展宽理论,数值模拟了甲烷泛频带2ν3的R(9)支吸收线型。利用可调谐半导体激光器从实验上测量了甲烷2ν3的R(9)支吸收线型。通过扫描1637.6～1637.92 nm甲烷混合气体的吸收光谱,计算得到甲烷自展宽系数(0.0725±0.008)cm-1/atm,空气碰撞加宽系数为(0.0335±0.0012)cm-1/atm。并首次从理论上给出了甲烷1637.8 nm吸收峰中心波长,在标准大气压条件下,随甲烷浓度变化的关系。对提高激光调制技术测量气体精度,具有重要意义。     

FTIR遥测北京城区大气中的CO和CO2浓度

傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术已经成为研究微量大气组分的有效方法.使用自行组建的开放光程傅里叶变换红外光谱系统于2005年夏季和2006年冬季对北京城区的CO和CO2浓度进行了连续观测,并对测量结果进行了分析.研究结果表明,这两种气体在冬季的浓度值均明显高于夏季浓度值,并且具有类似的变化趋势,基本趋势表现为白天低、夜间高.两次测量的结果表明,这两种气体具有较好的相关性,相关系数分别为0.896和0.856.     

奥运期间北京城区的开放式NH3激光在线监测

NH3是大气成分中最丰富的碱性痕量气体,对中和大气酸性成分以及气溶胶的形成起重要作用.使用基于可调谐半导体激光吸收光谱和开放长光程技术的NH3在线监测系统对北京奥运期间鸟巢附近城区进行了NH3浓度的连续监测.监测结果表明NH<,3>浓度具有明显的日变化周期,基本规律是白天浓度降低,夜晚浓度升高到峰值;NH3的日峰值浓度从北京奥运开始有所下降.研究表明北京城区机动车限行对减小NH3浓度和抑制气溶胶的形成起到了积极作用.     

逐线积分气体吸收模型及其在FTIR气体检测中的应用

介绍了一种精确的逐线积分痕量气体吸收模型,该模型适用于中红外波段大气环境中痕量气体和污染气体检测的理论研究和工程应用。该模型利用HITRAN光谱数据库,考虑了展宽、线翼截断、温度修正及光谱分辨率变化等情况,可以有效地模拟大气环境中多种气体的红外吸收特征。文中详细描述了模型的算法细节,并给出了模型计算的结果与傅里叶变换光谱仪(FTIR)实测数据的对比,还举例介绍了吸收模型在FTIR气体探测技术中的实际应用,并使用该模型对测量的红外傅里叶变换光谱进行了定量分析,模拟了计算校准谱,并与实测光谱进行了非线性最小二乘拟合,实现了在无需测量校准气体的情况下同时对多种气体进行浓度的反演。     

Path loss of non-line-of-sight ultraviolet light communication channel in polydisperse aerosol systems

Performance of non-line-of-sight (NLOS) ultraviolet (UV) communication is closely related with the system geometry, the communication range, and the atmospheric parameters. In this paper, we implement a full numerical analysis of the relations of path loss of NLOS UV communication with these factors using the Mie scattering theory and the Monte-Carlo method. In the numerical simulations, the actual polydisperse aerosol systems are used as the transmission medium. Since for the actual aerosol systems the atmosphere conditions may be similar within a short period, the path loss may be exclusively determined by the atmosphere visibility. Hence, we build a relation between the path loss of the communication channel and the atmosphere visibility. Simulation results reveal that for a relatively small communication range, the path loss increases with the visibility. On the other hand, low elevation of the transceiver may reduce the path loss. Our simulation results are useful for the evaluation of performance of the real NLOS UV communication systems.