近红外外差光谱温室气体柱浓度的探测方法

搭建了一套以1.57μm近红外半导体激光器作为本振光源的小型化被动式激光外差探测系统,并将其用于大气环境监测。为对该系统的性能进行评估,以窄线宽近红外外腔激光器岀射的光作为信号光,与本振光混频,得到系统的带宽为0.032 cm~(-1),最小可探测灵敏度为25 pW,为光电探测器暗电流噪声功率的1/68。利用该系统对大气CO_2太阳光谱信号进行测量,并反演了其中两条主要强吸收线所对应的体积分数,结果均约为396×10~(-6),误差为7.6×10~(-6),测量结果与实际整层大气中的CO_2柱浓度一致,验证了该系统的可行性。     

基于可调谐半导体激光光谱大气CO_2监测仪

中红外为分子的基频吸收带,利用可调谐二极管吸收光谱(TDLAS)技术,扫描气体的单根吸收谱线,可以对温室气体进行高灵敏度探测。介绍了利用2704nm波段激光器结合直接吸收的方法对温室气体进行探测的小型化光谱仪的研制。利用数字信号处理器(DSP)对吸收信号进行采集处理,并根据环境温度值和海拔高度对气体吸收浓度进行校正,同时对激光器波长进行锁定,保证了探测精度,最后对结果数据进行存储。系统采用电池供电,响应时间为1.6s,检测限为5×10-7,实验对系统进行了长时间测试,验证了系统的稳定性和可行性。     

基于分布反馈激光器在2.0 μm波段对CO2气体温度的测量

利用输出波长在2.0 μm处的分布反馈激光器对CO2气体的两条特征谱线进行扫描以实现气体温度的测量。介绍了利用可调谐激光吸收光谱方法进行温度测量的基本原理,提出了用多线组合非线性最小二乘法拟合高温吸收光谱的吸光度方法。常压下在静态高温炉中进行了实验,设定温度为900 K～1200 K时,经实验得到的温度值与热电偶测量值的温差在8%以内,计算得到CO2的5007.7874 cm-1吸收线强与理论计算值相对误差小于14%。为今后的气体温度测量及多参数同时测量提供了借鉴。     

可调谐二极管激光吸收光谱技术测量低温流场水汽露点温度

露点温度是表征气体状态的一个重要参数,针对低温环境的低露点温度精确、快速、连续、原位测量的迫切需要,提出了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术对水汽露点温度测量的方案。首先与安徽省气象局的冷镜式露点仪一起对比测量标准温湿度箱内的露点温度,验证波长为1 381nm的TDLAS系统露点温度测量的可行性及精度,然后结合一套开放式的测量装置,进行低温度环境(最低温度100K)水汽露点温度原位测量。得到了实时的露点温度值,其中TDLAS露点测量结果与冷镜式露点仪测量结果一致性较好(相差小于1K),TDLAS测量的时间分辨率为0.83s,远远快于冷镜式露点仪的时间响应速度。对于更低气体温度的露点测量,获得了与气体温度变化趋势相同的露点温度,同时得到了随着环境温度降低,水汽逐渐趋向饱和的结论。