基于可调谐二极管激光吸收光谱遥测CH_4浓度

文章对可调谐二极管激光的直接吸收和波长调制光谱进行了理论分析,设计了一套用于研究甲烷吸收特性的测量系统。近红外二极管激光工作在室温下,选用波长为1.65μm,利用甲烷的23ν带R(3)线实现对甲烷气体的吸收测量,对测量的信噪比和系统的基本噪声源进行了分析,为实现甲烷浓度的在线遥测打下基础。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪基于太阳的在轨辐射定标

基于整机双向散射分布函数(Bi-directional scattering distribution function, BSDF),星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(Environmental trace gases monitoring instrument, EMI)在轨可完成基于太阳的辐射定标,整机BSDF表征了EMI观测光路和定标光路辐射特性的关系。观测光路辐射定标已在地面完成,定标光路辐射特性定标在轨基于太阳完成,进而得到了整机BSDF参数,基于此实现了EMI在轨基于太阳的辐射定标。结果表明在可比光谱范围内,与TROPOMI(Tropospheric ozone-monitoring instrument)载荷交叉比对结果的差异在5%～6.5%以内。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的实验室定标

采用四通道凸面光栅成像光谱仪设计了星载大气痕量气体差分吸收光谱仪,该光谱仪用天底推扫方式探测地球地表或天空散射光信号,基于痕量气体对不同谱段光信息的"指纹"吸收和差分吸收光谱算法定量获取大气痕量气体分布。针对该光谱仪的大视场、宽谱段、高分辨率(光谱、空间)等特点,提出了相应的光谱定标和辐射定标方法,建立了定标系统,实现了对载荷的光谱定标和辐射定标,并对其定标的不确定度进行了分析。结果表明,载荷光谱定标不确定度为0.027nm,辐射定标不确定度为2.96%,满足给定的技术指标要求,为载荷的定量反演提供了保证。

基于粗糙样片光谱BRDF的空间目标可见光散射研究

实验测量了某种卫星包覆材料和太阳能电池板样片在可见光波段(400～780nm)的光谱双向反射分布函数.将样片的光谱双向反射分布函数对可见光波段内的太阳谱辐射照度加权平均,获得了可见光入射时目标样片表面的平均双向反射分布函数,并利用遗传算法建立了其参量化统计模型.应用此模型,结合目标的几何建模、消隐,计算了可见光入射时某卫星散射光强度的空间分布,并分析了其与卫星的几何形状、表面材料等的关系.

基于气体相关滤波技术的非分散红外Co气体监测系统的研究

介绍了一种有效的测量CO气体浓度的方法-基于气体相关滤波技术(GFC)的非分散红外法(NDIR),以及该方法在实际测量中的应用。根据该方法设计出新型CO监测仪,实验表明,设计的基于GFC技术的非分散红外CO监测系统在0-200 ppm的测量范围内有10 ppb的监测精度。

NDIR多组分气体分析的干扰修正方法研究

介绍了非分散红外(Non-Dispersive Infrared,NDIR)多组分气体分析的一种干扰修正方法。根据逐次积分气体吸收模型和方法,并考虑温度和气压对积分线强和线型的影响,选择洛伦兹展宽线型,得到了CO,CO2,NO和H2O在各个滤波通道的响应系数。利用响应系数建立了用于干扰修正的四元线性回归方程组,通过求解方程组,修正了气体间的吸收干扰,干扰修正后,各个滤波通道的吸光度只反映对应目标气体的浓度变化。将一定浓度比例的CO,CO2和NO混合气体通入样品池,将干扰修正后的吸光度直接用于浓度反演,CO2的反演误差为2.0%,CO为1.6%,NO为1.7%。理论和实验都证明提出的NDIR多组分气体分析的干扰修正方法是可行的。

基于双向反射分布函数实验测量的目标散射特性的分析

介绍了一种用双向反射分布函数(BRDF)测定仪进行目标双向反射分布函数测量的方法。以聚四氟乙烯(F4)粉压制板作为反射标准板,给出了F4标准板及所测样品在双向反射分布函数测定仪上的测量数据。被测样片的反射光强度经标定过的漫反射标准板传递,最终在较高分辨率的半球空间内分析计算出了样品在红外(1.06μm和0.86μm)波段的双向反射分布函数。实验结果表明,该方法是一种分析目标散射特性的可行性方法。

基于NDIR方法的多组分气体检测系统

提出了一种非分散红外多组分气体分析仪的系统设计方案,设计的滤光轮起到了光学滤波和调制光波的双重作用,多次反射池有效地增加了气体的吸收光程,分析仪使用一个探测器就能完成多种气体的测量。综合考虑光源辐射强度、滤光片透过率及探测器响应能力的影响,通过理论分析计算与实验研究,获得了各通道理想的零气背景信号。对分析仪进了浓度定标,各目标滤波通道的定标拟合相关系数均在0.998以上。将分析仪的实际测量值与标准值进行比较,各种气体的测量相关系数均在0.99以上。

机动车尾气的道边在线实时监测(上)

全文报道我们近年来利用调谐二极管激光器吸收光谱(TDLAS)和紫外差分吸收光谱(DOAS)原理研制的道边实时监测机动车尾气仪及部分路边测试实验结果,详细讨论了该仪器对几种主要有害气体如CO,CO2,NOx和HC(分别用NO和丁二烯代表)的测试及校正原理,以及各种环境因素如天气、车型、季节、车速、路况等对测试结果的影响及校正.全文分上、下两部分.本部分(上)介绍了监测仪5个组成单元:1用TDLAS技术测量CO和CO2;2用DOAS技术测量NOx和HC;3机动车速度加速度的自动测量;4机动车牌照的获取及存储;5数据采集软件的原理、参数性能的设计及实现.

涂层表面偏振双向反射分布函数的多参量混合模型

为了表征不同涂层表面的偏振光学散射特性,在基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型的基础上,针对不同涂层样品提出了一种适用范围更广的多参量偏振双向反射分布函数模型.采用遗传算法对实验数据进行模型参量拟和.实验结果表明,对几种不同的涂层样品,这种多参量模型的模拟计算结果与测量结果均能较好吻合,可以为后续的目标偏振特征提取与识别工作提供参考.

基于混合遗传算法的偏振双向反射分布函数优化建模

为了表征复杂涂层表面的光学散射特性,在微面元理论的基础上,建立了典型涂层样片的偏振双向反射分布函数模型。由于实验数据与模型参数之间存在复杂的非线性关系,采用了遗传算法对模型参数进行反演。针对遗传算法收敛速度慢及易限于局部极小的特点,在传统遗传算法参数反演的基础上,在适应度计算中引入了模拟退火算法对偏振双向反射分布函数模型进行优化建模。实验结果表明:模型的计算结果与实验结果吻合较好。从误差收敛曲线来看,这种混合遗传算法优化方法不仅可以有效避免目标函数陷入局部极小,而且可以有效缩短目标函数的收敛时间。这可以为后续的目标特征提取与识别工作提供参考。

机动车尾气的道边在线实时监测(下)

利用调谐二极管激光器吸收光谱和紫外差分吸收光谱原理研制了道边实时监测机动车尾气仪,详细讨论了该仪器对几种主要有害气体如CO,CO2,NOx和HC(分别用NO和丁二烯代表)的测试及校正原理,以及各种环境因素对测试结果的影响.全文分上、下两部分.本部分(下)介绍了该仪器的主要技术难点、创新点和性能参数,报道了用该仪器跟美国M D-L aserT ech公司商业化产品在北京测试现场的部分路边测试实验结果,讨论了各种环境因素如天气、车型、季节、车速、路况等对测试结果的影响及校正.对仪器的性能参数跟国外同类仪器比较发现,我们研制的仪器性能略优于国外同类仪器90年代后期水平.本技术拥有完整自主知识产权,填补了国内空白.

星载石英漫反射板双向反射分布函数实验测量研究

石英漫反射板用于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量太阳参考谱的观测系统中,太阳光谱的测量精度将会直接影响痕量气体反演的精度,为保证载荷全视场太阳光谱的测量精度,石英漫反射板需具有良好的朗伯特性,在仪器观测视场内能够提供均匀的光源。为此,在实验室利用双向反射分布函数(BRDF)测量仪,选取F4(聚四氟乙烯)粉压制板作为标准板,采用相对测量法对研制的四种石英漫反射板样品进行了朗伯特性测量,得出了四种样品在波长180~880nm、观测角度-70°^+70°范围内的BRDF。通过对样品BRDF的分析,筛选出了两种工艺下的朗伯特性较好的石英漫反射板作为初选样品,并测量比较了石英漫反射板和F4标准板对太阳光的漫反射光谱,石英漫反射板对太阳光的反射特性较好,可以作为测量用漫反射板获取太阳参考谱。为进一步的紫外辐照、原子氧侵蚀等试验以及对比试验提供了数据支持。

一种新型全光纤隔离器的设计

目前使用的晶体型光隔离器通常体积较大、插入损耗大且成本较高。为此,提出了一种由单模和多模光纤共同构成的混合型全光纤隔离器的设计方法。利用耦合波方程理论分析了其工作原理;采用熔融拉锥法制作工艺,完成了全光纤隔离器的制作;利用1 550 nm激光器测试了全光纤隔离器的隔离度、方向性、插入损耗;采取弯曲、扭转的方法提高了全光纤隔离器的隔离度。实验结果表明:所设计的全光纤隔离器的插入损耗比晶体型隔离器低,隔离度可与其相比拟,且这种隔离器结构相对简单、体积小、成本低。

基于非分散红外原理的烟气检测系统

提出了一种新型的非分散红外多组份气体分析系统,利用朗伯比尔定律分析了其工作原理,讨论了系统硬件和软件的实现方法;系统采用先进的多次反射池和滤光轮技术,简化了实验装置并提高了系统检测灵敏度;通过对不同浓度气体吸光度的测量,得到气体浓度与吸光度的关系式,并且以此关系式为依据,实现了气体浓度反演;实验表明设计的多组份气体检测系统测量值与标准值相关度均达到99.9%以上,误差在满量程的2%范围内,具有良好的稳定性和可靠性。

基于谱线匹配技术的星载成像光谱仪星上光谱定标方法研究

介绍了一种基于谱线匹配技术的星上光谱定标方法,该定标方法选取大气吸收线作为匹配谱线,采用相关系数法作为匹配结果判定条件标进行光谱定标。为模拟星上定标过程,将谱线匹配技术应用于振动试验后的成像光谱仪,振动试验可以模拟成像光谱仪在升空过程中受到的振动。星上光谱定标包括成像光谱仪分辨率的确定、面阵探测器光谱维和空间维像元中心波长的定标。由定标结果可知,振动试验后光谱仪分辨率为0.40nm,与振动试验前相比没有发生变化;光谱维像元中心波长向长波偏移0.08nm(小于一个像元);空间维像元光谱弯曲(光谱smile)向短波方向弯曲,最大弯曲值为0.96nm,近似于振动试验前光谱弯曲值。由此验证了谱线匹配技术进行星上光谱定标的可行性。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪定标机构设计

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(星载仪器)搭载于太阳同步轨道卫星上,应用于定量监测全球空气质量变化以及污染气体的分布输运过程。星上定标是成像光谱仪获取数据定量化应用的基础,星载仪器采用太阳光定标方式和标准灯定标方式进行在轨定标。需对星上定标方式采用的定标机构进行分析和合理的设计,以保证星载仪器在轨定标的可靠性和精度。

非分散红外多组分气体检测技术及其在CEMS中的应用

对非分散红外多组分气体检测技术及其在CEMS中的应用作了系统介绍。分析了非分散红外多组分气体检测的关键点、技术难点及其解决方案。详细介绍了这种气体检测系统在CEMS应用中的组成、技术要求与支持,得出其具有结构简单、成本低、测量精度高和稳定性好等特点。该系统对我国气体检测技术的研究和气体检测仪器的研制具有重要的参考价值。

基于非分散红外光谱吸收法的SO_2检测系统研究

对非分散红外SO_2气体检测技术及其运行机理作了系统介绍。分析了非分散红外SO_2气体检测的吸光度获取方案及浓度反演方法。以三阶多项式为拟合模型,采用非线性最小二乘法获得了系统的定标曲线。对系统的测量准确度进行了相关分析,得出测量误差<2%。结果表明,利用非分散红外光谱吸收法能够实现对SO_2气体的准确测量,可为其它气体的测量提供相似的解决方案。

差分光学吸收光谱法精确测量煤矿瓦斯浓度

差分吸收光谱技术被广泛应用于测量大气中微量元素的浓度 ,并利用最小二乘法来反演待测气体的浓度 ,该方法是利用激光器发出激光并接收 ,在传输中 ,由于瓦斯气体分子在一定波段对光有吸收特性 ,使光谱具有了瓦斯的特性 ,在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。它能实现在线自动监测。