基于差分光学吸收光谱DOAS自动监测技术

差分光学吸收光谱DOAS主要分为主动DOAS和被动DOAS2种监测技术。介绍主动DOAS技术测量大气污染气体浓度的基本原理以及收发一体的DOAS系统的设计,还对新兴发展可用于区域大气污染监测和大气成分垂直探测的被动DOAS探测技术的基本原理和计算方法进行阐述,并对该类仪器进行简要介绍。

基于二极管阵列PDA的紫外可见差分吸收光谱(DOAS)系统的研究

介绍了一种自行研制的长程差分光学吸收光谱(DOAS)系统,该系统采用光电二极管阵列(PDA)作为光谱检测器,代替结构较为复杂的光电倍增管(PMT)加扫描圆盘的SD检测器,并对该系统检测器的偏置、暗电流、噪声、线性以及光谱仪的分辨率、光谱范围等性能进行了测试,同时对SO2,NO2等大气污染物进行了外场的测定,确定出相应光程下该系统测量SO2,NO2的最低检测限。

基于车载便携式DOAS对工业园区SO_2,NO_2和苯的走航观测

介绍了自行研发的便携式DOAS系统,该系统基于差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy,DOAS),并结合了光纤光谱仪和多次反射池技术。通过采用SO_2标准气体和NO_2标准气体对系统的精确度及稳定性进行测试,利用该系统对铜陵市某工业园区的SO_2,NO_2和苯等污染成分开展了走航观测实验。结果表明,在整个测量期间,以上污染气体在近污染厂区显示了较高的浓度值,SO_2的最高浓度为5 023.2μg·m^(-3),NO_2为2 195.2μg·m^(-3),苯为162.5μg·m^(-3)。在吸收光程为12.6m时,系统对SO_2,NO_2和苯的最低检测限分别为67.0,169.9和30.6μg·m^(-3)。该便携式DOAS系统可为工业园区气体泄漏、无组织排放等气态污染物的应急性及监督性监测和评估提供便捷、有效的技术手段。

北京冬季大气污染物的DOAS监测与分析

基于差分光学吸收光谱(different optical absorption spectroscopy,DOAS)技术于2007年1月19日～2月8日期间对位于北京市北四环附近的北京大学校园进行了大气污染物SO2,NO2,HONO和HCHO的连续监测。并对SO2典型日变化趋势、主要污染源以及气象条件对污染物浓度分布的影响进行了分析。结果表明,在天气状况较为稳定的情况下,SO2具有"V"字型日变化特征,即除下午浓度较低外,其余时间浓度均较高。研究发现北京冬季采暖期间燃煤对大气各污染物的浓度均具有显著贡献。结合风速等气象要素对污染物扩散、传输和清除进行的分析可知,监测期间风速对污染物浓度分布起主导作用,气压等其它气象状况对污染物浓度分布也有一定的影响。

北京夏季SO2-NO2-O3的DOAS观测结果及变化特征

利用实施北京市奥运空气质量保障计划"北京市与周边地区空气污染物的输送、转化及北京市空气质量目标研究"项目的有利时机,2006年8月对北京城区空气污染物进行加强观测。文章利用SO2、NO2和O3等污染气体的差分吸收光谱仪(DOAS)的观测数据,初步分析这些污染气体的变化特征,得到了一些有价值的结果:2006年8月空气质量总体较好,但NO2和O3小时平均浓度有时超标;北京8月份主导风向是东南风,空气对流活动及降水可明显降低大气中的污染物浓度;NO2污染主要来自局地污染源排放,O3污染来自光化学反应和大气输送;DOAS观测结果与北京市环境保护局发布的空气污染指数间具有比较好的一致性。

基于扫描DOAS系统对北京城市大气中甲醛的梯度测量与分析

利用扫描长程DOAS(差分吸收光谱技术)系统结合气象高塔于2009年7月28日至8月13日开展了测量大气污染物廓线的外场实验,对北京市大气中的SO2,NO2,O3,HCHO,HONO五种痕量气体进行实时监测,获得了HCHO等污染物的浓度时间序列及垂直梯度时间序列。通过分析HCHO气体的垂直分布频率特征,并结合其他气体及气象数据讨论了大气中HCHO主要来源问题,监测站点附近大气HCHO的来源中交通排放的一次来源占了很大的比重,而光化学反应产生的二次来源在每天的特定时段(中午左右的几个小时)对环境HCHO的浓度有较大的贡献。

DOAS谱线波长配准存在的问题及解决方法

由于系统光学部分的干扰(衍射光栅的不完善和光谱仪散射光)的存在,引起测量谱线的抖动.这将在差分光学吸收光谱(DOAS)谱线信号中产生人为结构,这些结构与污染气体的特征差分吸收区很难区分开,这种噪声的显著特点是在一段时间内是稳定的,因此它的值不能通过通常的时间平均消除掉.然而,当灯光源直接照射接收系统(不通过空气光路)时,灯信号中的人为结构与从实测光路信号谱中的相似结构具有很大的相关性.因此应用实测光路信号除以灯谱信号在很大的程度上消除噪声的影响.但是采用该方法时,若所使用的光源谱线结构起伏较大,对灯谱和信号谱的坐标一致性要求将非常高,否则对吸收光谱的计算会带来更多的影响.本文通过对该问题的研究提出了两种解决方案,通过实验证明可以有效地减小谱线偏移带来的分析误差.

奥运期间北京市交通污染的DOAS监测与分析

采用差分吸收光谱(DOAS)这一光学遥感技术,对2008年奥运期间北京海淀区福寿寺桥位置的交通排放进行实时监测,获得自2008年7月6日至9月21日大气主要污染物SO_2、NO_2、光化学烟雾的重要产物0_3和苯的体积分数,并与微脉冲雷达获得的车流量进行数据融合,评估机动车对奥运期间北京空气质量的影响。结果表明,监测位置NO_2和苯释放源主要为交通排放,0_3的生成主要与其前体物和光辐射相关,而SO_2和车流量没有明显的相关性。研究表明,机动车排放仍是北京主要污染源之一。

DOAS大气环境质量监测系统与传统点式采样监测法可比性研究

系统比较了DOAS大气监测系统与传统点式采样设备在测定环境空气中二氧化硫的性能。

化学发光法和DOAS测定NO_x的对比研究

分析了化学发光法和差分吸收光谱法(DOAS)测定环境中氮氧化物的原理及相应分析仪器的系统结构,指出了化学发光法氮氧化物分析仪的技术瓶颈及差分吸收光谱法的难点和关键技术。并对两种方法的优缺点及发展趋势进行分析。实验表明,化学发光法与差分吸收光谱法测定的结果具有很好的相关性。

基于微型光纤光谱仪的DOAS系统对大气中NO_2,SO_2和O_3的监测研究(英文)

提出了将基于微型光纤光谱仪的DOAS系统用于空气中NO2、O3和SO2的监测,并对系统的性能包括探测器的偏置、暗电流、噪声和线性以及光谱仪的的光谱分辨率和杂散光进行了测试.在2006年3月合肥郊区用该系统对NO2、O3和SO2进行了连续观测,测量结果与购买的商用仪器DOAS2000(美国热电公司)的测量结果具有很好的相关性.结果显示该系统灵敏、简单易操作、并具有高时间分辨率的优点,非常适用于NO2、O3和SO2的连续观测.

DOAS系统设计及数据处理

差分吸收光谱技术 DOAS由于具有高灵敏度、高分辨率、多组分、实时、快速监测的特点 ,正在成为大气污染监测的理想工具。这里比较了 DOAS相对于传统点探测的优点 ,介绍了自行设计的 DOAS仪器硬件系统以及数据处理过程。

DOAS技术中差分吸收光学密度获取方法

针对差分吸收光谱技术(DOAS)获取差分吸收光学密度(OD)的技术特点,本文提出采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)来逼近DOAS测量谱中慢变成分,并依次获得痕量气体差分吸收光学密度。该方法根据DOAS系统获得测量谱的特点进行自适应调整网络参数,因此能较精确地分离慢变部分和快变部分。利用SO2样气进行实验,结果表明ANIFIS比多项式函数更为灵活。基于AINFIS网络获取的OD进行浓度反演,提高了DOAS反演精度。

改进DOAS技术在混合气体中的定量分析

针对差分吸收光谱技术(DOAS)中混合气体吸收光谱重叠问题,提出了一种建立在粒子群优化算法和最小二乘支持向量机算法融合上的改进的DOAS方法.采用最小二乘支持向量机技术对SO2、NO分别建立定量分析模型,并运用粒子群优化算法的强大寻优能力对最小二乘支持向量机算法中的参数进行寻优,最后对定量分析模型进行重建.实验结果表明,采用数据融合的DOAS方法,在解决混合气体光谱重叠问题上切实可行,分别将SO2、和NO最大绝对误差率提高到1.200 0%和2.691 8%,具有一定的实际意义.

双光路DOAS系统获取大气颗粒物粒谱分布方法研究

当前大气复合污染日趋严重,造成大气氧化性增强,气体向颗粒物的转化加快。大气颗粒物粒径大小及谱分布决定其在大气中的行为,以差分吸收光谱法(DOAS)为基础,结合双光路设计技术,开展实时、在线、获取近地面大气气溶胶颗粒物的粒谱分布的光谱方法研究。首先构建低噪声性能稳定的宽带氙弧灯为光源的双光路差分吸收光谱系统,基于干净天气条件下大气的能见度数据对系统进行校准,通过两个不同光路获得的光谱信号强度之比获取近地面紫外-近红外波段的大气总宽波段消光系数。基于宽波段消光系数,在去除瑞利散射以及气体吸收对消光系数的影响后,解析出气溶胶颗粒物的消光系数。基于核函数准则,利用均匀球型粒子的电磁场Mie理论来反演气溶胶物理特性,获得气溶胶粒子在该测量谱段的体积谱分布,利用体积谱与数密度谱的关系,反演出气溶胶粒子的数密度谱分布。开展利用直方图方法来表现颗粒物的粒谱分布方法研究,首先将DOAS测量波段近似等分为若干谱段,利用谱段处平均值,获取气溶胶粒谱直方分布图。最后把该系统和方法应用于外场实验,获得了气溶胶颗粒物在300~650nm范围内的消光系数,将测量波段等分为11个谱段,反演了颗粒物的在0.1~1.25μm粒径范围的数密度谱分布。该研究为整治我国灰霾天气,研究大气气相/粒子非均相化学反应提供科学依据。同时将推动DOAS技术的进一步发展和应用。

利用车载DOAS技术探测污染气体区域分布和输送

采用安装在汽车上的被动DOAS系统对所测城区和污染源进行连续测量。通过DOAS拟合方法处理采集的太阳天顶散射光谱,获得测量点上的污染气体柱密度。通过对重庆城区及重庆某电厂区域的观测实验,获得了重庆市区及所测电厂的SO_2、NO_2的分布信息和输送情况。在西南、东南风场影响下,所测电厂区域向重庆主城区的SO_2平均输送通量分别为:0.37 kg/s、0.36 kg/s,NO_2平均输送通量分别为:0.29 kg/s、0.27 kg/s。实验结果表明车载DOAS的光学遥测方法为区域污染气体分布和输送快速测量提供一种有效的手段。

应用二维相关提高DOAS技术的温度鲁棒性

利用差分光学吸收光谱(DOAS)技术对空气中污染气体的浓度进行实时监测时,测量结果的准确度会受到环境温度变化的影响。为此,提出了通过二维相关光谱技术优选波长来提高DOAS测量中温度鲁棒性的方法。通过对不同温度下SO2的吸收截面进行二维相关分析,得到了动态吸收截面同步相关谱对角线的自助峰,据此分析了不同波长下吸收截面随温度变化的敏感程度,进而优选出最佳反演波长范围300.5～310nm。在将波长优选前后现场的测量结果和参考值进行对比时显示:采用优选波长前后24h的平均测量误差由22.5%减小至9.9%,测量值和参考值的相关系数由0.780 8提高到了0.949 6。结果表明,二维相关光谱和DOAS技术相结合,可以准确测量污染气体浓度。

独立新风系统(DOAS)研究(3):常规风机盘管独立新风系统

分析了以风机盘管机组为空调末端装置,以普通冷水机组为冷源的独立新风空调 系统的特点。结合设计实例,介绍了该空调系统的设计方法。详细说明了如何实现风机盘管 的干工况运行。

基于DOAS方法烟道污染气体在线监测系统的设计

基于紫外差分吸收光谱法,研制了烟气在线连续监测系统.阐述了系统的工作原理和数据处理方法.仪器实现了高灵敏探测器和低噪声放大器的关键技术,解决了脉冲光源关键问题,因而具有良好的稳定性和可靠性.仪器工作波段在200-500nm,可以对烟气中SO2和NO2含量进行定量测量.实验结果表明:测得的SO2和NO2浓度在满量程范围内相对误差≤±5%,可满足烟气排放污染物连续在线监测的要求.

基于近红外DOAS法的充油电力设备中CH_4浓度在线检测系统的设计

针对充油电力设备中主要特征气体的光谱重叠问题,设计了近红外DOAS法的在线检测CH4浓度的系统模型,分析并实现了充油电力设备中CH4气体的实验测量技术和数据处理方法;根据Lambert-Beer定律,利用CH4气体吸收光谱的快变部分在线测定其浓度,为分析判断充油电力设备的潜伏性故障奠定基础。