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广州亚运期间对流层NO_2和SO_2地基多轴差分吸收光谱仪测量研究 被引量:5
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作者 李先欣 刘文清 +3 位作者 司福祺 周海金 徐晋 窦科 《大气与环境光学学报》 CAS 2012年第1期18-23,共6页
亚运期间利用多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)对广州市的大气污染物进行了实时监测,分别对重要大气常规污染物NO_2和SO_2的日变化特征进行了探讨和分析,并通过结合气象条件和周围的重要污染源综合监测结果分析研究了广州市周围的区域污染... 亚运期间利用多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)对广州市的大气污染物进行了实时监测,分别对重要大气常规污染物NO_2和SO_2的日变化特征进行了探讨和分析,并通过结合气象条件和周围的重要污染源综合监测结果分析研究了广州市周围的区域污染输送,结果发现位于市东南部的工业区对于市区的污染存在较大的影响,其中以SO_2尤为明显。分析NO_2廓线结果表明,污染物主要位于1 km以下,高污染层主要位于0.5 km以下。 展开更多
关键词 污染物监测 多轴差分吸收光谱技术 区域污染物输送
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基于PbO/PbS特征发射光谱的铜冶炼过程检测方法研究
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作者 李先欣 刘文清 +7 位作者 张玉钧 司福祺 窦科 王峰平 黄书华 方武 王伟强 黄永峰 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1371-1375,共5页
介绍了在铜冶炼时运用转炉火焰中氧化铅(PbO)和硫化铅(PbS)特征发射光谱强度比值进行过程检测(区分制矿渣阶段和制铜阶段)的一种方法。根据已知气体分子的特征发射光谱,确定了实测谱线中PbO和PbS的存在,并通过现场实验确定了制矿渣阶段... 介绍了在铜冶炼时运用转炉火焰中氧化铅(PbO)和硫化铅(PbS)特征发射光谱强度比值进行过程检测(区分制矿渣阶段和制铜阶段)的一种方法。根据已知气体分子的特征发射光谱,确定了实测谱线中PbO和PbS的存在,并通过现场实验确定了制矿渣阶段的主要特征发射光谱来自PbS,而制铜阶段的主要特征发射光谱来自PbO。转炉冶炼时,PbO和PbS特征发射光谱强度的相对变化提供了铜冶炼过程的检测方法,通过利用特征发射光谱相对强度的比值可以区分炼铜过程中的两个不同阶段——制矿渣阶段(S期)与制铜阶段(B期)。在一个完整的炼铜周期中,利用光谱测量设备采集转炉火焰发射光谱,将噪声滤除后的PbO和PbS特征发射光谱用于过程检测,准确地完成了S期与B期的鉴别。理论和实验都证明基于发射光谱的铜冶炼过程检测方法是可靠的。 展开更多
关键词 发射光谱 铜冶炼 过程检测
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基于AVR单片机的MAX-DOAS控制系统设计
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作者 詹锴 司福祺 +3 位作者 窦科 李先欣 周海金 张露 《大气与环境光学学报》 CAS 2012年第3期214-219,共6页
介绍了基于AVR单片机的多轴差分吸收光谱仪(multi-axis differential optical absorptionspectroscopy,MAX-DOAS)控制系统设计。采用Atmega128 AVR单片饥实现MAX-DOAS系统的数据通信、背景电机控制、扫描电机控制及温度检测和控制,并给... 介绍了基于AVR单片机的多轴差分吸收光谱仪(multi-axis differential optical absorptionspectroscopy,MAX-DOAS)控制系统设计。采用Atmega128 AVR单片饥实现MAX-DOAS系统的数据通信、背景电机控制、扫描电机控制及温度检测和控制,并给出了整个控制系统的电路设计方案及软件实现过程。设计的控制系统可以使MAX-DOAS系统实现痕量气体垂直柱浓度与廓线的自动监测。 展开更多
关键词 被动多轴差分吸收光谱仪 痕量气体 ATMEGA128
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扫描式气溶胶激光雷达研制与观测研究 被引量:11
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作者 陈超 王章军 +8 位作者 宋小全 张涛 杜立彬 孟祥谦 刘兴涛 李先欣 李辉 庄全风 王秀芬 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期132-138,共7页
气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、大气污染和云物理学等领域具有重要研究意义,是大气监测的重要要素。为了更好地研究大气气溶胶光学特性及其时空变化特征,山东省科学院海洋仪器仪表研究所研制了基于532 nm波长、单脉冲能量60μ... 气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、大气污染和云物理学等领域具有重要研究意义,是大气监测的重要要素。为了更好地研究大气气溶胶光学特性及其时空变化特征,山东省科学院海洋仪器仪表研究所研制了基于532 nm波长、单脉冲能量60μJ、可进行三维扫描测量的气溶胶激光雷达。主要介绍了激光雷达的结构设计、技术指标、探测原理、探测模式、观测实验与数据分析。通过激光雷达在青岛小麦岛海洋环境监测站的观测实验数据,分析了不同天气条件下的大气水平能见度,验证了时间-高度显示、距离-高度显示与平面-位置显示测量模式的有效性。通过多种观测模式的数据,利用Fernald方法反演了不同时刻的气溶胶消光系数,并分析了气溶胶与云光学特性的时空变化特征。探测结果表明:扫描式气溶胶激光雷达可以有效测量大气水平能见度,通过扫描系统可以获取不同方向的气溶胶性质分布特征从而扩展了其探测范围。多种探测模式相结合可以获取云、气溶胶和边界层时空变化特征。 展开更多
关键词 激光雷达 扫描式 气溶胶 能见度 边界层
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Cross-interference correction and simultaneous multi-gas analysis based on infrared absorption 被引量:3
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作者 孙友文 曾议 +5 位作者 刘文清 谢品华 陈嘉乐 李先欣 汪世美 黄书华 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第9期168-175,共8页
In this paper, we present simultaneous multiple pollutant gases (CO2, CO, and NO) measurements by using the non-dispersive infrared (NDIR) technique. A cross-correlation correction method is proposed and used to c... In this paper, we present simultaneous multiple pollutant gases (CO2, CO, and NO) measurements by using the non-dispersive infrared (NDIR) technique. A cross-correlation correction method is proposed and used to correct the cross-interferences among the target gases. The calculation of calibration curves is based on least-square fittings with third-order polynomials, and the interference functions are approximated by linear curves. The pure absorbance of each gas is obtained by solving three simultaneous equations using the fitted interference functions. Through the interference correction, the signal created at each filter channel only depends on the absorption of the intended gas. Gas mixture samples with different concentrations of CO2, CO, and NO are pumped into the sample cell for analysis. The results show that the measurement error of each gas is less than 4.5%. 展开更多
关键词 environmental pollution measurements optical measurement technology non-dispersive infrared technique gas analysis
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激光分束及高精度指向调节系统
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作者 王章军 黄文涛 +5 位作者 张锋 李先欣 程学武 于洋 薛博洋 陈超 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期38-44,共7页
设计了一种三方向激光分束及高精度指向调节系统,适用于钠荧光多普勒激光雷达高精度的激光光束方向指向控制,以便激光雷达在长距离观测的情况下实现信号的迅速、精确获取。根据光学系统的设计要求,阐述了用于高脉冲能量分束镜、反射镜... 设计了一种三方向激光分束及高精度指向调节系统,适用于钠荧光多普勒激光雷达高精度的激光光束方向指向控制,以便激光雷达在长距离观测的情况下实现信号的迅速、精确获取。根据光学系统的设计要求,阐述了用于高脉冲能量分束镜、反射镜的光学物理特性以及控制反射镜负载、方向应有的机械特性;采用6个高精度的步进电机结合6个高精度光学二维调节镜架能实现1.18°的角度行程,调节精度可达1.1',且重复定位成功率达99.3%,实验结果满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求;测试分束后的激光能量损失为11.6%,满足钠荧光多普勒激光雷达的激光能量发射要求。并编写了一套用于激光雷达分束及高精度指向调节系统的控制软件,实现了系统的远程自动化控制。 展开更多
关键词 激光雷达 三分束 能量损失 高精度 自动化控制
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差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用 被引量:11
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作者 孙友文 刘文清 +5 位作者 谢品华 方武 曾议 司福祺 李先欣 詹锴 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期94-103,共10页
研究了差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用及实现.借助于独立的采样和前处理系统去除烟尘和水汽对光谱拟合的影响.为避免高浓度的SO2在常温下发生光解,将经前处理后的烟气加热至150℃进行测量.采用Voigt线型对SO2,NO,NO2... 研究了差分吸收光谱技术在工业污染源烟气排放监测中的应用及实现.借助于独立的采样和前处理系统去除烟尘和水汽对光谱拟合的影响.为避免高浓度的SO2在常温下发生光解,将经前处理后的烟气加热至150℃进行测量.采用Voigt线型对SO2,NO,NO2在185—235nm波段的吸收截面进行了展宽,获得了高温气体的标准吸收截面,并与归一化的光谱仪仪器函数进行卷积得到了光谱拟合所需的有效吸收截面.将反演结果与非分散红外分析仪的测量结果进行了实时对比,获得了较好的一致性,验证了差分吸收光谱方法高准确度测量工业污染源烟气排放的可行性. 展开更多
关键词 环境污染监测 光学测量技术 差分吸收光谱 光谱拟合
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非线性吸收对多组分气体分析的影响及其修正方法 被引量:6
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作者 孙友文 刘文清 +7 位作者 汪世美 黄书华 谢品华 曾议 李先欣 陈军 王亚萍 司福祺 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期295-302,共8页
利用非分散红外(NDIR)技术研究了非线性吸收现象对多组分气体分析交叉干扰扣除的影响及其修正方法。理论上推导了由于非线性吸收导致的干扰系数变化对系统测量准确度的影响。对常规的干扰方程组进行了修正,使用干扰函数来定量分析气体... 利用非分散红外(NDIR)技术研究了非线性吸收现象对多组分气体分析交叉干扰扣除的影响及其修正方法。理论上推导了由于非线性吸收导致的干扰系数变化对系统测量准确度的影响。对常规的干扰方程组进行了修正,使用干扰函数来定量分析气体间的交叉干扰,当测量气体存在非线性吸收时,干扰函数也会发生相应变化。基于最小二乘法,以三阶多项式为拟合模型,拟合出了系统的干扰函数。利用拟合的干扰函数,通过实验证明了提出的修正方法在系统存在非线性吸收现象时仍能有效地扣除气体间的交叉干扰。 展开更多
关键词 测量 环境污染监测 非分散红外 气体分析
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红外差分光学吸收光谱技术测量环境大气中的水汽 被引量:4
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作者 孙友文 刘文清 +6 位作者 谢品华 陈嘉乐 曾议 徐晋 李昂 司福祺 李先欣 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第14期114-122,共9页
研究了基于红外差分光学吸收光谱技术的环境大气中的水汽测量方法.所用实验装置由自制的非分散红外多组分气体分析仪改装而成,根据HITRAN数据库提供的线强参数,采用Voigt展宽线型和方法,并考虑温度、气压及仪器函数的影响,计算出了水汽... 研究了基于红外差分光学吸收光谱技术的环境大气中的水汽测量方法.所用实验装置由自制的非分散红外多组分气体分析仪改装而成,根据HITRAN数据库提供的线强参数,采用Voigt展宽线型和方法,并考虑温度、气压及仪器函数的影响,计算出了水汽反演波段的有效吸收截面.将反演的水汽浓度与非分散红外分析仪的测量结果进行了实时对比,得到了较好的测量一致性,测量相关系数为0.93347.为今后采用红外DOAS技术测量其他在紫外可见波段无吸收或仅有弱吸收的气体(如CO_2,CH_4,CO,N_2O等)提供了可借鉴的解决方案. 展开更多
关键词 环境污染监测 光学测量技术 红外DOAS 水汽测量
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激光透射探针用于液相激光诱导击穿光谱全过程诊断及光谱校正
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作者 盛绍辉 薛博洋 +8 位作者 王章军 陈超 李先欣 于洋 张锋 潘新 庄全风 李辉 王秀芬 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第7期402-408,共7页
液体环境中激光诱导击穿光谱(LIBS)包含等离子体辐射和膨胀、冲击波传输及气泡演化等过程,对其进行全过程时间分辨观测有助于理解液相LIBS物-化过程,并提高LIBS分析性能。为此,采用激光透射探针(LBTP)测量方法,通过连续氦氖激光器和光... 液体环境中激光诱导击穿光谱(LIBS)包含等离子体辐射和膨胀、冲击波传输及气泡演化等过程,对其进行全过程时间分辨观测有助于理解液相LIBS物-化过程,并提高LIBS分析性能。为此,采用激光透射探针(LBTP)测量方法,通过连续氦氖激光器和光电探测器相结合,实现对单次LIBS过程中激光/等离子体辐射与冲击波/气泡演化的全过程时间分辨诊断。在不同激光脉冲能量激发下,比较同步采集的LBTP信号与LIBS信号,证明了LBTP信号负峰面积与LIBS特征峰面积之间存在较强的相关性(R^(2)>0.99)。在此基础上,对于不同浓度的碱金属离子水溶液,利用偏最小二乘回归(PLSR)法建立了LBTP信号对光谱特征峰面积相对偏差的回归模型,实现了LIBS信号波动校正。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 液体环境 激光透射探针 光谱校正
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微脉冲激光雷达与小型后向散射探空仪对气溶胶垂直结构联合观测研究 被引量:5
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作者 李辉 王章军 +6 位作者 王颢樾 陈超 孟祥谦 刘兴涛 李先欣 庄全风 王秀芬 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第13期227-235,共9页
2017年7月至8月,使用微脉冲激光雷达与小型气溶胶后向散射探空仪在昆明开展了一个月的气溶胶垂直结构联合观测实验。对比2种仪器同步观测方法与探测后向散射比结果的异同,分析激光雷达和后向散射探空仪测量获得的气溶胶垂直分布特征。... 2017年7月至8月,使用微脉冲激光雷达与小型气溶胶后向散射探空仪在昆明开展了一个月的气溶胶垂直结构联合观测实验。对比2种仪器同步观测方法与探测后向散射比结果的异同,分析激光雷达和后向散射探空仪测量获得的气溶胶垂直分布特征。探测结果表明,两者具有较好的一致性,在14km高度范围内,排除云层干扰后,2种仪器后向散射比测量结果的相关系数为0.87,方均根误差为0.752;观测实验表明,研制的微脉冲激光雷达为连续探测气溶胶垂直结构演化过程提供了有效手段,融合后向散射仪探空数据,可以减少微脉冲激光雷达数据反演中的假设参数,开展两者联合观测具有一定应用价值。 展开更多
关键词 遥感 微脉冲激光雷达 气溶胶 后向散射比 后向散射探空仪
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基于成像的极化浊度计设计与实验验证 被引量:3
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作者 孟祥谦 潘新 +6 位作者 刘兴涛 王秀芬 庄全风 李辉 陈超 李先欣 王章军 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期273-279,共7页
采用连续波半导体激光器为发射光源,以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器,设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像,散射角观测范围为14°~162°,极化角观测范围为0&... 采用连续波半导体激光器为发射光源,以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器,设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像,散射角观测范围为14°~162°,极化角观测范围为0°~360°。利用该装置分别对氮气与水汽进行实时观测,得到其散射图像,其中氮气的散射光与瑞利散射理论相吻合,不同极化角的散射光强与理论值的拟合优度为98%,而水汽散射光随散射角的变化趋势与米氏散射理论的一致性较好。结果表明本装置在定量观测气溶胶散射光方面有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 散射 大气散射 极化浊度计 电荷耦合器件 米氏散射 瑞利散射
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基于成像极化浊度计的颗粒粒径检测技术 被引量:1
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作者 潘新 王章军 +7 位作者 孟祥谦 王秀芬 陈超 邓伟 刘兴涛 李辉 李先欣 庄全风 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第9期209-215,共7页
根据米散射理论,设计了以532nm激光器为光源、CCD为探测器的极化浊度计。对粒径为2μm的聚苯乙烯标准粒子(PSL)进行检测,得到了PSL的散射相函数,将其与偏振角为0°和90°的2μm球形粒子的理论散射相函数进行对比,拟合度分别达到... 根据米散射理论,设计了以532nm激光器为光源、CCD为探测器的极化浊度计。对粒径为2μm的聚苯乙烯标准粒子(PSL)进行检测,得到了PSL的散射相函数,将其与偏振角为0°和90°的2μm球形粒子的理论散射相函数进行对比,拟合度分别达到87.3%与88.4%。采用Chahine迭代算法反演得到PSL的粒径为1.94μm,接近其真实值。将极化浊度计与宽范围颗粒粒径谱仪和扫描电镜的检测结果进行对比,结果表明,该装置检测精度高,且不受人为主观因素影响,对颗粒粒径的准确检测有重要意义,在相关领域应用前景较好。 展开更多
关键词 颗粒粒径 电荷耦合器 米散射 散射相函数
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基于差分光学吸收光谱技术的交通主干道污染气体监测 被引量:4
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作者 王章军 郝菁 +1 位作者 宋晨光 李先欣 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第9期233-238,共6页
采用长程差分光学吸收光谱技术,对青岛市海尔路和银川东路交叉路口的污染气体进行实时连续监测,获得2017—2018年大气主要污染物NO2、O3和SO2的含量,并与附近环境监测站的同步监测数据进行对比。结果表明,二者具有很高的一致性,NO2和O3... 采用长程差分光学吸收光谱技术,对青岛市海尔路和银川东路交叉路口的污染气体进行实时连续监测,获得2017—2018年大气主要污染物NO2、O3和SO2的含量,并与附近环境监测站的同步监测数据进行对比。结果表明,二者具有很高的一致性,NO2和O3的小时平均结果相关系数分别为0.78和0.798,月平均结果相关系数分别为0.91和0.84,其中NO2的浓度分布呈现明显的早晚双峰特征。与实时获得的车流量数据进行相关性分析,结果显示:NO2浓度与交通流量呈强正相关,相关系数达到0.95;NO2浓度存在工作日高于周末的显著"周末效应"。 展开更多
关键词 光谱学 差分光学吸收光谱 污染监测 交通排放 污染气体
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