基于紫外差分吸收光谱技术的NOx紫外平台研究

文章分析了紫外差分吸收光谱技术的NOx紫外平台,该平台用直接方式测量NO、NO2气体浓度,相对误差在2%以内,且示值误差小于15ppm;平台响应时间T95小于4.5s;重复性指标中NO和NO2的相对标准偏差分别为0.105%和0.116%。平台能够精准测量汽车尾气中的NO、NO2浓度。

紫外差分吸收光谱技术的工业过程甲醛（CH2O）排放检测研究

结合烟气分析仪,基于DOAS原理和最小二乘方法对污染物CH2O进行光谱测量和浓度反演,实验结果表明,利用2m光程的气体室,测量结果精确,最大的相对误差在0.6%以内,测量结果波动小,且检测下限低至0.09ppm,精度为0.16ppm,能实现稳定在现场的CH2O目标污染物物质的检测。

紫外差分吸收光谱法定量分析SF_6分解物SO_2和H_2S技术

分解物SO_2和H_2S表征SF_6电气设备内部缺陷,是SF_6电气设备试验必检项,对两种气体的准确定量分析直接关系到SF_6电气设备内部缺陷种类和定位的正确判断。现有的现场检测技术不足以解决气体组分之间的干扰问题,因此,本文开展了相关选型和设计工作,获得基于紫外差分吸收光谱法的SO_2和H_2S混合气体检测装置。采用差分法提取SO_2和H_2S紫外吸收光谱的快变部分,通过吸光度的扣减和浓度反演,去除在紫外吸收光谱区域H_2S和SO_2的交叉干扰问题。对其测试的原始谱图进行数字滤波处理,去噪后获得平滑波形,进一步进行FFT变换和线性拟合,拟合优度达到0.999 9,提高了SF_6背景气体中SO_2和H_2S混合气体检测的灵敏度。所研制装置在系统信噪比为1时,混合气体中SO_2在190～230 nm和280～320 nm波段的检测极限分别为0.108μL/L和0.444μL/L,H_2S在190～230 nm波段检测极限为0.490μL/L,为现场检测应用奠定了基础。

利用多轴差分吸收光谱技术反演对流层NO_2

介绍了基于多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演对流层NO2的方法。利用差分吸收光谱技术(DOAS),扣除太阳夫琅和费结构及Ring效应的影响,拟合得到了大气中NO2的差分斜柱浓度dSCD,结合不同观测方向的测量结果分析得到了对流层大气中NO2的差分斜柱浓度(ΔSCD),结合辐射传输模型SCIATRAN计算得到了大气质量因子(AMF),并进一步计算得到了对流层NO2的垂直柱浓度(VCD)信息。为确保数据的准确性和可比性,将计算结果与长光程差分吸收光谱仪(LP-DOAS)的测量结果进行对比,二者具有较好的一致性,其相关系数R2分别为0.940 27和0.969 24。

基于紫外差分吸收光谱的痕量SO_2气体定量检测

SO_2是表征SF6绝缘电气设备内部绝缘状态的标志性气体,其准确的定量对判断绝缘设备内部故障类型及严重程度具有重要的意义。为此,该文搭建了紫外差分吸收光谱痕量SO_2气体检测系统,获取了基于Sym14小波分层处理的SO_2紫外差分吸收光谱,并在190~230及290~310nm两个特征波段对其进行快速傅里叶变换,根据变换得到的特征峰值对SO_2的浓度进行反演,得到两个波段的浓度反演曲线,并进一步探究了其检测极限。结果表明:在两个波段范围内痕量SO_2的快速傅里叶变换特征峰值与其浓度之间均存在良好的线性关系,其中190nm波段相对290nm波段具有更低的检测极限,在信噪比为3时,其检测极限可达到132.4nL/L。该研究结果为紫外差分吸收光谱技术应用于SF6特征分解组分的在线监测及SF6绝缘电气设备的故障诊断奠定了基础。

傅里叶变换在差分吸收光谱技术气体浓度计算中的应用

在实际测量得到的气体吸收光谱中,发现大多数气体的吸收光谱具有明显的周期性,而傅里叶变换正是用来寻求信号的频率特征。在加窗的条件下,通过对不同气体的吸收光谱进行傅里叶变换,来寻求光谱信号对应的特征频率。在数据分析过程中,发现这样一个规律:在气体吸收光谱经傅里叶变换后的频谱图中,其对应特征频率的幅值与所测的气体浓度成明显的线性对应关系。因此,提出一种新的差分吸收光谱浓度解析方法,即利用气体吸收光谱傅里叶变换后其对应特征频率的幅值与浓度的关系,建立一种浓度反演计算的线性关系式,从而由气体吸收光谱傅里叶变换后特征频率的幅值直接求出气体的浓度。该方法完全摆脱了差分吸收光谱技术的理论基础,大大减少了光谱分析和气体浓度反演计算的过程,是一种值得进一步去探究的光谱分析方法。

LED温度波动对差分吸收光谱技术测量NO_2的影响研究

研究了中心波长分别为370nm(近紫外)、452nm(蓝光)和660nm(红光)三种无标准具结构的发光二极管(LED)光源温度波动对差分吸收光谱技术(DOAS)测量NO2的影响。利用温度10℃时的LED灯谱构造NO2吸收谱,将其他温度下测得的LED谱作为灯谱,以此得到不同温度波动下的NO2差分光学密度,再拟合NO2差分吸收截面到差分光学密度,结果发现拟合残差的峰-峰值与LED温度波动幅度均近似成线性关系,相关性分别为0.995,0.945和0.989;斜率分别为1.12×10-3,5.25×10-5和7.45×10-4℃-1。拟合结果表明,蓝光LED温度波动对DOAS反演影响最小,基本上不影响探测灵敏度,而近紫外和红光LED温度波动对DOAS测量较为敏感,温度波动会导致探测灵敏度的下降。将温度特性相似的有、无标准具结构的两种蓝光LED的反演结果进行了比较,结果显示标准具结构会大幅度增加温度波动对DOAS反演的影响。

差分吸收光谱技术测量氯气的数据处理方法研究

基于差分吸收光谱(DOAS)技术,结合自主搭建的一套小型便携式DOAS实验系统,开展了对氯气的实验测量。在处理氯气的标准截面时,比较了两种不同的高通数字滤波方法:三角函数滤波和多项式拟合滤波。实验证明采用后一处理方法能够更加准确反演出氯气的浓度。模拟计算的结果显示,采用五阶多项式处理的结果的误差较小;在不同样品池内的测量结果显示,利用该方法测量氯气的线性度达到0.996 1;实际的一条谱的反演结果显示拟合谱与测量谱基本重合,且剩余噪声谱的峰峰值最大值<5‰;给出整个实验过程中可能的误差主要来源。综合以上的实验结果表明,利用DOAS技术采用多项式拟合处理的方法可以实现对于氯气的检测。

目标差分吸收光谱技术测量大气NO_2平均浓度的方法研究

介绍了一种测量近地面大气NO2平均浓度的新方法——目标差分吸收光谱方法,即target DOAS(target difference absorption spectrum technology)。该方法基于被动差分吸收光谱技术,测量墙体、山体等目标的太阳反射光谱,通过差分吸收光谱算法反演得到目标与仪器之间NO2浓度沿路径的积分值SCD(slant column density),同时仪器到目标之间的距离已知,并通过选取特定的参考光谱扣除目标到大气顶层的痕量气体吸收,最终计算出仪器和目标之间的大气NO2平均浓度。利用建立的目标DOAS系统在合肥开展了观测实验,成功获取了观测地大气NO2浓度。观测结果与主动长光程差分吸收光谱仪观测数据进行对比,二者呈现较好的一致性,验证了该方法的可行性。

基于多轴差分吸收光谱技术的对流层HCHO柱浓度测量研究

HCHO是城市大气污染物中的重要组分。采用多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于2008年夏季对北京上空对流层HCHO斜柱浓度进行了测量,研究了HCHO差分吸收光谱处理算法,考虑了温度和I_0效应对气体吸收截面的影响,并对大气Ring效应进行了校正。采用几何近似的方法计算了对流层大气质量因子,并将HCHO斜柱浓度转换成垂直柱浓度,得到了实验期间对流层HCHO的垂直柱浓度时间序列,并且HCHO垂直柱浓度早晚比较低,约在中午最高。MAX-DOAS HCHO垂直柱浓度与GOME-2卫星和SCIAMACHY卫星结果具有较好的相关性。

大气NO_2柱浓度多轴差分吸收光谱测量技术及应用

介绍了以太阳散射光为光源的多轴差分吸收光谱技术(Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy,简称MAX-DOAS),以及MAX-DOAS仪器试验应用。试验中选取中午仪器测量的天顶散射光光谱为参考光谱即Fraunhofer参考光谱,并将测量光谱进行消噪、波长校准以及去除Fraunhofer结构处理。利用分子吸收光学厚度和Ring效应光学厚度对处理后的测量光谱进行最小二乘法拟合,反演出了大气NO2差分斜柱浓度(Differential Slant Column Densities,简称DSCD)。分析了天津武清NO2的差分斜柱浓度反演结果,用简单快捷的几何法将NO2差分斜柱浓度转化成对流层垂直柱浓度(Vertical Column Densities,简称VCD)。研究表明,MAX-DOAS可以有效地监测污染地区对流层NO2的垂直柱浓度。

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。

被动多轴差分吸收光谱技术监测O_4斜柱浓度误差修正方法研究

O_4斜柱浓度的准确获取,对气溶胶廓线反演具有重要意义。介绍了基于被动多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)监测O_4斜柱浓度的误差修正方法,用于准确获取O_4斜柱浓度。通过对比30°仰角O_4斜柱浓度MAX-DOAS测量结果和大气辐射传输模型模拟结果,获得修正系数,利用修正系数修正各个角度的斜柱浓度值,消除O_4吸收截面不准确造成的反演结果误差,提高了O_4斜柱浓度精度。研究方法应用于合肥地区O_4斜柱浓度的准确监测,为下一步气溶胶廓线精确反演提供了数据支持。

差分吸收光谱法(DOAS)与紫外荧光法自动测量空气中SO_2的对比

DOAS自动监测系统越来越广泛用于环境空气质量监测中SO2、NO2的监测,将差分吸收光谱法与紫外荧光法自动测量空气中SO2进行对比实验,并对监测结果进行讨论和统计检验,得出两种方法测定空气中的SO2,其监测结果具有较好的相关性、一致性、两者无显著性差异,在今后的监测工作中可用DOAS自动监测系统代替传统的干法点式自动监测系统监测SO2,以降低运行成本,减少仪器维护量,节约经费。

高速公路建设期大气环境污染的差分吸收光谱遥感监测技术

光谱遥感监测是大气环境污染监测领域的一项高新技术,具有其他方法不可比拟的优点,它弥补了常规监测方法在高速公路建设期中对大气污染监测的局限性。

基于差分吸收光谱技术的氯气在线监测系统研制

氯气是一种重要的工业气体,广泛应用于集成电路、半导体、光伏等电子工业领域。氯气也是一种剧毒性、强腐蚀性的黄绿色气体,人体长期接触会引起呼吸道的严重损伤。本文基于差分吸收光谱技术研制了一套氯气在线监测系统,用于工业过程中氯气浓度的在线测量,监测数据可用于生产、治理过程控制,可以减少氯气的排放。

浓度场测量的差分吸收光谱CT技术

提出了一种新的用于浓度场测量的差分吸收光谱CT技术。利用差分吸收原理进行浓度场多方位积分测量,采用少数投影最大熵重建算法进行层析图像重建。数值模拟结果表明,在0°～180°视场范围内,在4个不同的投影视角方向获取投影数据的条件下,能有效地重建出待测场分布。该技术具有较高的重建精度和良好的抗噪声性能。

深紫外波段苯的差分光学吸收光谱DOAS定量方法研究

取代基通过取代苯环上的H原子形成不同苯系物(苯、甲苯、二甲苯等),其共有结构苯环上的不固定π键电子受到激发,使得苯系物在紫外波段240~280 nm具有明显的特征吸收结构,鉴于此大气中的苯及相关的苯系物可以通过差分光学吸收光谱(DOAS)方法来进行定量,但采用该波段测量需要考虑以下问题:首先是氧气(O_(2))的吸收干扰问题,苯(C_(6)H_(6))在该波段的吸收截面与O_(2)在243~287 nm Herzzberg带相互重叠,且O_(2)的特征光谱结构随O_(2)的浓度不同而变化,导致O_(2)的吸收光学密度与O_(2)的浓度不成线性关系。其次,苯系物结构上的相似性使其在紫外波段的特征吸收结构差别较小并且相互重叠,从而对C_(6)H_(6)的拟合产生干扰。此外,除了O_(2)和苯系物以外,还有臭氧(O_(3))、二氧化硫(SO_(2))等干扰。C_(6)H_(6)在195~208 nm的深紫外波段具有较大的吸收截面(2.417×10^(-17)cm^(2)·molecule-1),为240~260 nm处截面大小(2.6×10^(-18)cm^(2)·molecule^(-1))的9倍左右,针对C_(6)H_(6)在深紫外195~208 nm波段的吸收特征,开展便携式DOAS定量方法研究,采用该波段进行C_(6)H_(6)的光谱定量分析并应用到实际的外场观测。通过建立C_(6)H_(6)与干扰气体SO_(2),氨(NH_(3)),二硫化碳(CS_(2))和一氧化氮(NO)的差分吸收截面的二维相关性矩阵,获取C_(6)H_(6)光谱定量的最优反演波段。通过开展实验室条件下C_(6)H_(6),SO_(2)和NH_(3)不同浓度配比的混气实验对195~208 nm波段反演C_(6)H_(6)的效果进行评估。实验结果显示,采用195~208 nm波段进行光谱反演的探测限为17.6μg·m^(-3),光谱反演浓度与理论浓度的相对测量误差均小于5%且RSD(相对标准偏差)小于3%,同时与240~260 nm波段反演结果进行对比,相对误差小于5%。在外场实际情况下,利用便携式DOAS系统获取190~300 nm的大气测量光谱,通过DOAS方法解析并结合GPS信息,获得了某化工园区C_(6)H_(6)的污染浓度分布,实验结果表明采用195~208 nm深紫外波段同样能适用于对C_(6)H_(6)的光谱定量,与240~260 nm波段反演结果进行对比,二者的相关性达到了0.98且相对误差小于10%。

基于多轴差分吸收光谱技术测量青岛市大气水汽垂直柱浓度及垂直分布

本文研究了多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)在可见蓝光波段(434.0-451.5 nm)对大气水汽垂直柱浓度和垂直廓线的反演方法.首先,针对水汽吸收峰较窄且较密的问题,采用和仪器狭缝函数卷积的方法获取适用于MAX-DOAS的水汽吸收参考截面,并采用修正系数法校正了水汽饱和吸收效应在此波段对反演的影响.其次,研究了非线性最优估算法痕量气体廓线反演算法(Pri AM算法)中气溶胶状态和先验廓线的线型对水汽反演结果的影响.结果表明,气溶胶线型变化对水汽廓线反演结果的影响可忽略,而高气溶胶状态会使反演结果差异变大,但均在廓线反演总误差范围内,这表明, Pri AM算法对水汽廓线反演仍具有适用性.采用该方法在青岛市鳌山区域站开展连续观测实验,并将观测的水汽垂直柱浓度结果和欧洲中期天气预报中心日均值数据对比, R2=0.93;将反演的水汽廓线近地面浓度与欧洲中期天气预报中心和怀俄明大学探空数据对比, R2分别大于0.70和0.66,结果表明了Pri AM算法对大气水汽廓线反演的准确性较高.最后,分析了青岛市水汽垂直分布特征:青岛市水汽主要分布在1.5 km以下.

二次傅里叶变换去噪在差分吸收光谱技术中的应用研究

实际烟气测量中,容易受烟气内多种组分和尘以及介质不均匀、瑞利散射、米散射等因素的影响,应用傅里叶变换寻求信号的频率特性,去除噪声等干扰。提出一种新的差分吸收光谱法,将获取的差分吸收光谱进行两次傅里叶变换,一次傅里叶变换去除噪声干扰的影响;二次傅里叶变换利用对应的特征频率幅值与浓度的关系,建立浓度反演方程,由气体差分吸收光谱经两次傅里叶变换后的特征幅值直接求出气体浓度。新的差分吸收光谱法完全摆脱了扣除暗电流的差分吸收光谱技术分析过程,减少了差分吸收光谱分析和气体浓度反演过程,有利于提高浓度反演精度。