复合热像法定量测量红外激光辐照度分布

为解决红外摄像法测量激光辐照度分布难以定量的问题,结合红外摄像法和量热法,提出了复合热像法的测量方案,研制了一套激光辐照度时空分布测量原理性样机,测量了2 000 W级Nd:YAG激光的辐照度分布。结果表明:利用漫反射屏上安置少量量热式激光能量探头的方式可以实现基于红外摄像法的绝对定标测量,通过红外漫反射数据与能量探头数据的归一化处理,可以得出红外激光辐照度的时空分布的定量结果。该样机系统为国内首创,并成功应用于红外强激光的辐照度定量测量。

快平衡全吸收式高能激光能量计

基于量热原理研制了固态全吸收式高能激光能量计。通过对能量吸收模型的数值分析,设计了分段隔热式激光吸收腔体,该腔体具备较高的抗激光破坏阈值、快速热平衡特性和高能量吸收率。设计了适用于分段式腔体测温的温度场探测器阵列,并依据温度场信号特征提出了用于激光能量计算的能量沉积算法。该算法对于强度空间分布不规则的高能激光能量还原计算具有良好的适应性。验证实验结果表明,该能量计在数百千焦耳的量程范围内具有较好的重复性和测量精度。

非链式电激励脉冲HF激光器

介绍了利用紫外预电离和横向放电结构建立的非链式电激励脉冲HF激光装置,对激光工作介质SF6/C2H6混合气体的放电特性以及不同气体总压和气体分数比条件下的激光能量变化进行了研究,并对激光脉冲信号和近场光斑的空间分布进行了实验测量。实验结果表明:混合气体的放电过程具有辉光放电、电压维持和电弧放电的阶段性特点。为获得最佳的激光输出,混合气体中的C2H6含量应控制在6%～8%之间,并且不同混合气体总压对应着不同的最佳充电电压。在充电电压为28 kV、总气压为12 kPa、C2H6含量为8%时获得最大单脉冲能量为0.6 J,比能量输出达到8.5 J/l,激光器的电光转换效率约为2.5%。

高能激光量热式能量探头的研制

针对输出功率数千瓦的连续波激光能量测量需要,研制了一种量热式高能激光能量探头。该探头主要由高纯石墨激光能量吸收体、测温热电偶、绝热陶瓷等组成。重点介绍了探头的研制和通过探头温升回推激光能量的计算方法研究,以及探头测量标定工作。所研制的能量探头耐受激光破坏能力强、结构紧凑,可以组装成阵列,用于大面积高能激光束的能量分布测量。

采用扫描式漫反射成像法的激光强度分布测量装置

提出了一种基于扫描式漫反射成像法测量激光强度时空分布的装置。测量装置主要由轮辐式扫描取样机构、同步信号发生器和CCD成像系统组成。装置使用动态的取样旋臂替代静态的漫反射屏,在保留漫反射成像法优点的前提下用取样的方式进行测量,具有测量分辨率高、取样衰减倍率较大、抗激光破坏能力强以及可在线测量等优点。与漫反射屏成像法的比对测量实验表明:两种测量方法的测量结果具有较高的一致性。扫描式漫反射成像法实现了对光斑的在线测量,可用于强激光辐照效应实验中激光强度分布的实时监测。

量热阵列式激光束能量分布测量系统研制

为了实现对高能密度激光束分布的测量,提出了高占空比蜂窝阵列结合分立隔热式能量探头的设计思想,研制出了一种耐激光辐照能力强、测量稳定的激光参数测量系统,该系统主要由蜂窝状阵列板、多路量热探头、多通道高速数据采集单元和相应数据处理软件组成。测量系统空间占空比为62%,光强分布测量不均匀性优于5%,测量动态范围达600倍,总能量测量不确定度优于8.5%。量热阵列测量系统的研制成功解决了大面积、大动态范围激光束总能量和光强分布绝对测量的技术难题,为激光束能量绝对分布测量提供了一种有效的手段。

红外焦平面阵列非线性校正曲线测量方法

针对红外焦平面阵列强度响应的非线性失真现象,本文提出了一种基于单波长激光器测定红外焦平面阵列非线性校正曲线的方法,设计出用于测量的实验装置,并通过实验研究获得了实测的非线性校正曲线。结果表明,该方法规避了红外焦平面阵列光谱响应不均匀性的影响,满足了装置器件在工程技术中通用性和实用性的需要,在简单易行的同时保证了较高的测量精度。

一种测量大面积激光束光强分布的复合阵列

针对大面积高能激光束时空分布参数测量的需要,研究了量热和光电法综合测量激光束时空分布的方法。采用现场实时定标技术有效地解决了两类数据融合问题,研制了量热光电复合阵列测量系统。该复合阵列主要由256路量热探测单元、120路光电探测单元、多通道数据采集模块和数据分析处理模块等部分组成,具有量热型探头测量绝对激光能量准确、光电探测器测量时间分辨率高等优点,实现了大面积高能激光束光强分布时间和空间的绝对测量。

水循环式激光能量计温度响应建模

随着激光技术的飞速发展,激光的输出能量越来越高,带来了激光能量参数测量方面的新问题。为了研究水冷却技术在能量计中的应用,对水循环式激光能量计的热传导过程进行了分析,将非稳态的传热过程离散成连续反馈的微型稳态传热过程,建立了一个计算模型。模型的计算结果表明,能量计输出温度曲线出现了类阻尼振荡特征。探索了曲线特征成因,得到类阻尼振荡现象的主要影响因素为激光辐照区域与无热源区域的比例。根据模型参数搭建模拟装置,通过实验验证了计算得到的曲线特征。

铝电解工业危险废物资源化处理工艺研究

分析了当前铝电解工业危险废物的来源和组分;研究了两种目前不同的铝电解工业危险废物处理技术及参数,通过对比,得出铝电解工业固体废物分类处理和药剂浮选工艺是今后该类固体废物处理技术的最佳技术工艺。

一种量热光电复合式激光光强分布测量系统

针对大面积高能激光束时空分布参数测量的需要,综合研究了量热和光电法测量激光束光强时空分布技术,采用现场实时定标方法有效地解决了两类数据融合问题,完成了量热光电复合式激光光强分布测量系统的研制.该系统主要由256路量热探测单元、120路光电探测单元、多通道数据采集模块和数据分析处理模块等部分组成.系统具有绝对激光能量测量准确、时间测量分辨率高的优点,实现了大面积高能激光束光强时空分布的准确测量.

我国污染场地的环境危害及管理对策研究

工业企业搬迁后遗留的场地大多污染严重,潜在环境风险很高,场地土壤中的污染物具有持续时间长、污染隐蔽、无法被生物降解的特点,被环境学界喻为"化学定时炸弹"。文章根据我国的污染场地现状,分析了污染场地管理存在的问题,提出了切实改善我国污染场地土壤环境质量的对策。

高重频激光强度分布测量系统的设计

设计了一套利用成像法结合长脉冲能量计测量高重频激光强度时空分布的测量系统,给出了测量原理,简要叙述了系统的总体结构,重点介绍了系统模型设计、高精度靶面定位技术、电控机械/光学快门、大口径分束与缩束光学组件、长脉冲kJ能量计的设计与实现、多类信号采集与同步控制技术研究等,给出了激光强度时空分布测量实验结果。结果表明:测量系统兼具成像法测量分辨力高和量热法功率测量准确的优点,可应用于高重频激光强度时空分布的测量。

强激光光束质量测量系统研制

分析比较了激光光束质量的评价方法,采用衍射极限因子评价方法和焦平面阵列探测技术,设计并研制了强激光光束质量测量系统。该系统主要由多层介质膜反射分束镜、卡塞格伦式缩束器、聚焦透镜、焦平面阵列及数据处理器等组成,采用哈特曼-夏克波前监测仪对多层介质膜反射分束镜的透射波前进行实时监测。结果表明,系统实现了对中红外、近红外和可见光波长的强激光光束质量实时在线测量,光束质量因子的测量不确定度均小于10%,性能稳定,能够用于实验测量。

基于Landsat 8影像的于桥水库藻华分布反演及其影响因素分析

由于水污染加剧,于桥水库局部区域出现藻华,影响其饮用水供水功能。为弄清藻华区域分布特征和演变趋势,保障区域饮用水安全,以2008-2017年8-9月的Landsat 8卫星遥感为基础,通过叶绿素光谱解译,分析于桥水库藻华分布现状和演变特征,并结合水质监测和区域气温数据,探讨藻华爆发的驱动因素。结果表明,于桥水库藻华主要发生在水库西北岸,严重时会发展到库心区,东南部沿岸很少出现藻华。从时间上看,2008年和2009年于桥水库藻华暴发面积较小,2010年开始加剧,该年8月藻华面积达到了5.66km^2,之后的3年基本维持在3 km^2左右,到2014年之后,藻华面积逐步得到控制并趋于平稳(面积为1.37~1.95 km^2)。上述10年间于桥水库水质监测数据显示水体总磷(TP)与叶绿素a(Chl-a)呈现一致变化规律,进一步分析发现,历年8-9月Chl-a与TP平均质量浓度呈现线性关系(R^2=0.944),但藻华面积与同期TP质量浓度无明显相关,2010年藻华大面积爆发可能是受气温影响。研究表明,磷是于桥水库藻华爆发的控制因子,建议在流域尺度开展水质目标管理,严控支流磷输入和内源磷污染负荷,以控制于桥水库富营养化和减少藻华爆发。

热图法测量激光强度时空分布的重构理论研究

为了把量热法应用于远场激光强度时空分布测量,研究了基于热像仪靶面温度测量反演入射激光强度时空分布的重构理论。针对背光面两种不同边界条件(对流-辐射热流边界和恒定温度边界)推导出了由靶面温度分布反演激光束时空分布的重构表达式。获得的分析表达式对广泛的材料具有适用性。通过引入广义参量F0=α/L2,分别就F0》1和F0《1情况给出了重构近似表达式,并对满足F0》1条件的回推算法进行了数值模拟验证。数值结果表明,两种背光面边界条件下回推得到的激光束时空分布与原始激光束达到了很好的一致,但存在一与靶材傅里叶数相关的最小起始回推时间τ0。成果可用于强激光远场参量测量设备的研制。

天津市“十三五”期间PM_(2.5)减排效果评估

为了解“十三五”期间天津市PM_(2.5)减排效果,基于2015~2020年不同大气污染治理措施的减排量核算结果,利用空气质量模型和高时空分辨率PM_(2.5)监测数据,对“十三五”期间天津市PM_(2.)减排效果进行分析.结果表明,2015~2020年,天津市SO_(2)、NO_(x)、VOCs和PM_(2.5)的排放量分别减少4.77×10^(4)、6.20×10^(4)、5.37×10^(4)和3.53×10^(4)t,其中工艺过程、散煤和电力治理对SO_(2)的减排贡献大,工艺过程、电力和钢铁治理对NO_(x)的减排贡献大,工艺过程对VOCs的减排贡献最大,工艺过程、散煤和钢铁治理对PM_(2.5)的减排贡献大.“十三五”期间天津市PM_(2.5)浓度平均值、污染天数和重污染天数明显下降,分别较2015年下降31.4%、51.2%和60.0%;与前期(2015~2017年)相比,后期(2018~2020年)天津市PM_(2.5)浓度平均值和污染天数下降幅度减缓,重污染天数基本保持在10 d左右.数值模拟结果表明,2015~2020天津市PM_(2.5)浓度下降贡献中,气象因素占1/3,减排措施影响占2/3.其中工艺过程减排使ρ(PM_(2.5))降低2.66μg·m^(-3),对PM_(2.5)浓度改善贡献率为18.3%;散煤清零措施使ρ(PM_(2.5))降低2.18μg·m^(-3),对PM_(2.5)浓度改善贡献率为15.0%;钢铁行业减排使ρ(PM_(2.5))降低1.70μg·m^(-3),对PM_(2.5)浓度改善贡献率为11.7%;电力行业减排使ρ(PM_(2.5))降低0.51μg·m^(-3),对PM_(2.5)浓度改善贡献率为3.5%.为促进“十四五”期间PM_(2.5)浓度的持续改善,在煤炭消费总量控制和“双碳”目标的约束下,天津应继续开展煤炭结构的优化调整,推进煤炭消费进一步向治污水平先进的电力行业集中;同时要进一步提升工业污染源全过程的排放绩效水平,以环境容量为约束,设计产业优化调整和转型升级的技术路线,优化配置环境容量资源,提出有限环境容量下的重点行业有序发展模式,引导企业清洁化提升改造、转型升级和绿色发展.

2013~2020年天津市PM_(2.5)-O_(3)污染变化趋势和影响因素分析

基于2013~2020年高时空分辨率的PM_(2.5)和O_(3)在线监测数据以及气象观测数据,利用KZ(Kolmogorov-Zurbenko)滤波耦合逐步回归等技术,对天津市PM_(2.5)和O_(3)浓度变化趋势、相互关系和影响因素进行了分析.结果表明,与2013年相比,2020年天津市PM_(2.5)浓度下降50.0%,O_(3)浓度上升25.8%.从月际变化来看,与2013~2017年相比,2018~2020年天津市PM_(2.5)浓度月际间差异逐渐缩小,O_(3)浓度从4月开始出现明显上升,污染发生时间节点提前.O_(3)与PM_(2.5)的相关性呈现明显的季节性分布特征,冬季整体呈负相关,夏季正相关且相关性比其他季节高.不同季节O_(3)与PM_(2.5)之间的拟合斜率与相关性系数整体呈正比例关系,拟合斜率与相关性系数的比值逐年升高说明PM_(2.5)对O_(3)生成的抑制作用逐年降低.2013~2020年,天津市PM_(2.5)浓度时间序列的长期分量呈显著下降趋势,其中污染源减排起主导作用,气象因素对PM_(2.5)长期分量的贡献在-3~6μg·m^(-3).PM_(2.5)/CO与NO_(2)/SO_(2)之间关系由2013~2017年间的负相关转变为2018~2020年正相关,说明受减排的影响,NO_(x)对PM_(2.5)中二次组分形成的贡献潜势逐渐增加,PM_(2.5)中主要二次组分由硫酸盐逐渐转向硝酸盐.2013~2020年天津市O_(3)浓度时间序列的长期分量整体表现为上升趋势,前体物排放对O_(3)长期分量的贡献在2013~2018年上升,2019年后开始降低;气象因素对O_(3)长期分量的贡献呈现明显的阶段性变化特点,2013~2016年下降,2016~2020年上升.与2013~2015年相比,2016~2020年夏季典型时段(11:00~16:00)O_(3)-NO_(2)间的拟合曲线向NO_(2)低值方向偏移,反映出该时段NO_(x)的减排取得一定效果,2019~2020年的拟合曲线整体下移,说明近两年NO_(x)和VOCs减排效果较明显,对降低O_(3)有重要作用.

天津市PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征及来源分析

为了解天津市PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征及来源,基于2017~2019年高时间分辨率PM_(2.5)、O_(3)和挥发性有机物(VOCs)在线监测数据,对复合污染下天津市VOCs浓度水平、化学组成及O_(3)和二次有机气溶胶(SOA)生成潜势来源进行分析.结果表明,2017~2019年,天津市复合污染日为34 d,分布在每年的3~9月,年度变化呈现稳中略升趋势;小时ρ(PM_(2.5))在75~85μg·m^(-3)时,小时ρ(O_(3))存在峰值区(301~326μg·m^(-3)).复合污染下ρ(VOCs)为72.59μg·m^(-3),烷烃、芳香烃、烯烃和炔烃质量分数分别为61.51%、20.38%、11.54%和6.57%;VOCs中浓度较高的前20种物种的浓度均上升,其中乙烷、正丁烷、异丁烷和异戊烷等烷烃类物种质量分数上升,烯烃和炔烃类质量分数略下降,芳香烃类中的苯和1,2,3-三甲苯质量分数略升.复合污染下烷烃、烯烃、芳香烃和炔烃对O_(3)生成潜势贡献率分别为19.68%、39.99%、38.08%和2.25%,烷烃、烯烃、芳香烃对SOA生成潜势贡献率分别为7.94%、2.17%和89.89%.与非复合污染相比,复合污染下烷烃和芳香烃对O_(3)生成潜势贡献率分别上升13.8%和4.3%,对SOA生成潜势贡献率分别上升2.3%和0.2%;烯烃对O_(3)和SOA生成潜势贡献率分别下降9.4%和15.6%;炔烃对O_(3)生成潜势贡献率上升7.7%.复合污染下主要物种中1-戊烯、正丁烷、甲基环戊烷、异戊烷、1,2,3-三甲苯、丙烷、甲苯、乙炔、邻-二甲苯、乙苯、1-乙基-3-甲基苯和间/对-二甲苯对O_(3)生成潜势贡献率上升,2-甲基-1,3-丁二烯对O_(3)生成潜势贡献率下降;苯、1,2,3-三甲苯、甲苯和邻-二甲苯对SOA生成潜势贡献率上升.解析结果表明:复合污染下O_(3)和SOA的生成潜势的来源主要为溶剂使用、机动车排放、石化工业、天然源、LPG、燃烧源、油气挥发和其他源,各源对O_(3)生成潜势贡献率分别为21.9%、16.9%、16.7%、12.4%、8.3%、7.7%、2.9%和13.2%,对SOA生成潜势贡献率分别为46.8%、14.4%、7.1%、11.9%、5.9%、6.6%、1.6%和5.7%,溶剂使用源、机动车排放源和石化工业源是PM_(2.5)-O_(3)复合污染的主要来源.

天津市PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征及气象影响分析

为了解天津市PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征及气象成因,基于2013~2019年高时间分辨率的PM_(2.5)、O_(3)和气象观测数据,对天津市PM_(2.5)-O_(3)复合污染特征、污染物浓度分布以及关键气象因子进行分析.结果表明,2013~2019年,天津市复合污染日94 d,总体呈现下降趋势,前期(2013~2015年)下降明显,由2013年的23 d降至2015年的11 d,下降52.2%;后期(2016~2019年)波动式上升,由2016年的12 d升至2019年的14 d,上升16.7%.复合污染日主要出现在每年的3~9月,年际变化较大,2013~2016年在6~8月出现较多,2017~2019年在4月和9月出现较多.小时ρ(PM_(2.5))在75~85μg·m^(-3)时,小时ρ(O_(3))存在峰值区(301~326μg·m^(-3)).在所有O_(3)污染中,PM_(2.5)-O_(3)复合污染占比平均值为34.4%,并呈逐年减少的趋势.PM_(2.5)-O_(3)复合污染时O_(3)浓度峰值和浓度平均值较单O_(3)污染时高,复合污染日以PM_(2.5)为首要污染物的天数明显减少,以O_(3)为首要污染物的天数逐年增加.天津市PM_(2.5)-O_(3)复合污染的天气形势主要分为低压、弱高压、高压后部、冷锋前和均压场这5种天气类型,其中低压、冷锋前和弱高压为主要天气类型,占总天气类型的92.5%.当风向以西南-南风为主,风速平均值低于2 m·s^(-1),温度区间为20~35℃,相对湿度区间为40%~60%时,PM_(2.5)-O_(3)复合污染发生概率高.