基于差分吸收光谱技术的大气痕量气体重建算法

针对在一些不能获取大量投影数据或者投影分布不均匀的实际情况下,重建大气痕量气体的二维空间分布问题,采用代数迭代重建算法(ART)和同步迭代重建算法(SIRT)2种重建算法对其进行重建。通过数值模拟的方式对2种重建算法的重建效果进行了比较研究,并建立了多轴差分吸收光谱层析系统,进行了外场试验。通过计算机模拟和外场实验研究,从成像效果中可以看出,2种迭代算法均能在数据不完善的情况下,精确地重建出大气痕量气体的二维空间分布;在不同的模型及评价指标下,通过对2种重建算法的重建误差的比较,可以发现SIRT算法的重建误差要小于ART算法的重建误差,尤其在测量数据波动比较大、受干扰的情况下。

多轴差分吸收光谱断层扫描重建烟羽空间分布

为了实现烟羽二维空间分布的精确重建,建立了被动多轴差分吸收光谱断层扫描系统,实现了多台被动多轴差分吸收光谱系统对废气烟羽空间分布的测量。首先,介绍了多轴差分吸收光谱系统及其反演气体浓度的机理。接着,使用代数迭代算法对不同的重建模型,采用不同的扫描光路进行了重建模拟,并设计了重建程序。然后,对数值模拟仿真结果进行了分析比较。最后,搭建了多轴差分吸收光扫描系统平台,进行了外场试验。数值模拟的结果显示:MAX-DOAS层析技术能精确的重建出烟羽模型的二维空间分布,四光源光路的重建误差约是双光源光路重建误差的三分之一,四光源重建时间约是双光源重建时间的四分之一,且双峰模型的重建误差大于单峰模型的重建误差。外场试验的结果显示:重建图像的积分数据与多轴差分吸收光谱测得的投影数据是一致的,说明重建出的烟羽空间分布符合实际情况。研究表明,数值模拟的结果与外场试验的结果具有一致性。

基于QDOAS的多轴差分吸收光谱测量对流层HCHO的研究

由于甲醛在大气光化学反应中的重要性及其对环境、气候和人类健康的危害,监测、有效控制甲醛浓度已经成为一件刻不容缓的要事。目前传统的监测多局限于基于化学方法、色谱法的室内监测,或是室外较小范围的监测,室外大范围的大气中的甲醛监测往往为人们所忽视。为了有效监测大气中大范围的甲醛(HCHO)浓度,建立了地基MAX-DOAS观测系统,与主动DOAS观测系统相比,该观测系统不受光源和反射装置限制,平台搭建简单,测量范围广。 2018年在合肥地区(117°17′E, 31°90′N)夏季开展了基于地基MAX-DOAS的外场连续观测实验,结合新一代光谱处理软件QDOAS利用DOAS算法的非线性最小二乘拟合反演甲醛(HCHO)的斜柱浓度,并通过大气质量因子(AMF)将甲醛(HCHO)的斜柱浓度转换为柱浓度,并分析了7月份的观测数据,结果表明,低仰角下甲醛的差分斜柱浓的值较高,说明,对流层甲醛主要集中在接近地表的位置。从实验数据还可以看到,二氧化氮与甲醛的变化趋势基本一致,说明大气中的甲醛与机动车排放或是工业排放出的的氮氧化物(NO 2等)在大气的源与汇过程中具有一定的相关性。通过地基MAX-DOAS测量数据与OMI观测值的比较发现,二者的变化趋势具有良好的一致性,且相关系数为0.518 9,并分析了OMI观测值偏低的原因。研究结果表明,地基MAX-DOAS系统不仅可以对区域污染的演变进行研究,也为甲醛的测量提供了一种实时、快速的监测手段,为分析大气甲醛的来源提供了一种新的解析手段,为验证卫星观测数据提供了一种有效的手段。

基于光子晶体光纤传感器的瓦斯监测系统

空芯带隙型光子晶体光纤以其独特的结构和导光机制,具有其它普通光纤无法比拟的优势,这种光纤传感器在气体检测方面灵敏度更高。设计了以这种传感器为检测元件,基于Zig Bee的无线传感器网络的瓦斯监测系统,实验测试结果与样本值比较表明:相对误差在10%以内,基本达到了实时在线监测瓦斯的目的。

被动DOAS断层扫描的大气痕量气体分布重建

针对大气痕量气体浓度的二维分布重建问题,本文提出了一种以差分吸收光谱断层扫描技术重构大气痕量气体空间分布的方法,用两台被动多轴差分吸收光谱系统(MAX-DOAS)对待测烟羽进行层析扫描,使用DOAS技术反演出的气体斜柱浓度,进而通过代数迭代算法(ART)把其中的浓度分布信息提取出来。采用高斯分布烟羽为重构对象,用数值模拟的方法对重构效果进行了研究分析,分析表明重建结果与模型基本一致,表明了气体分布测量方法的可行性。为了研究在实际测量中的误差对气体分布重建结果的影响,在投影数据中添加了不同比例的随机误差,研究表明,投影误差对气体浓度分布重建结果影响很小。

被动DOAS/CT在大气污染气体监测中的应用

为了对大气污染气体的空间分布进行实时监测,有效防治大气环境污染,设计了被动差分吸收光谱层析系统,通过差分吸收光谱技术(DOAS)获取大气污染气体的积分体积分数,再采用联合迭代重构算法(SIRT)得到其空间分布信息,通过数值模拟的方式加以验证。数值模拟结果表明,实践与理论相符,满足预期指标,且投影误差基本不影响重构图像的质量。试验结果表明,系统可以实现大气污染气体的二维空间分布监测。

YT-14跳汰机在选煤厂中的应用

YT - 14跳汰机是在SKT - 14跳汰机的基础上研制的新型高效、节能跳汰机。介绍了其结构优点和在徐州矿务集团公司夹河矿洗煤厂的应用情况及其可能取得的经济效益。

多轴差分吸收光谱同时测量多种气体斜柱浓度的研究

针对多种气体的同时测量问题,搭建多轴差分吸收光谱测量平台,并使用该测量系统对大气中的二氧化氮、二氧化硫、甲醛、四聚氧等多种气体进行同时测量,获得原始光谱,并对原始光谱采用不同波段进行反演,获得这些气体的斜柱浓度.外场试验表明,多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)同时测量多种气体斜柱浓度是可行的,且数据良好.

噪声对大气痕量气体分布重建的影响

针对大气痕量气体浓度的二维分布重建中的噪声问题,采用数值模拟的方法研究了噪声对差分吸收光谱断层扫描技术重构大气痕量气体空间分布的影响,建立了噪声的模型,并研究了噪声对代数迭代重建算法(ART)和联合迭代重建算法(SIRT)两种重建算法的重建效果的影响.ART算法重建后,误差E_a由0.1080降低到了0.0182;SIRT算法重建后,误差E_a由0.0476降低到了0.0102.结果表明,随着随机噪声的增加,重建图像变态程度越来越严重。由重建相对误差指标可以看出,随着信噪比的增加,重建相对误差越来越小.因此,在外场重建实验中应该尽量避免噪声。

基于LabVIEW的传感器实验教学研究

传感器实验是传感器课程的重要教学内容之一,但是传统的实验手段单一、实验设备落后、实验效果差。基于此,将先进的虚拟仪器引入传感器实验教学中,实践表明,实验过程被简化,学生的兴趣和实践能力得到培养,动手能力和创新意识也得到增强,课堂教学效率提高。

现代控制理论的教学探讨

从现代控制理论研究的特点和面临的问题出发,研究如何运用对照和比较、计算机技术、多种考核方式以及互动教学等多种教学方法,将抽象的东西变得容易接受,提高学生的学习兴趣和积极性,从而提高现代控制理论这门课的教学效果.

基于BP模糊神经网络的重介过程控制

针对重介选煤过程中的密度与液位强耦合,难以精确建立数学模型,控制困难、控制精度低的问题,本课题提出基于模糊神经网络的重介过程控制,它是模糊控制与神经网络的结合,模糊控制无需数学模型就可以建立控制规则,BP神经网络具有局部寻优,自适应学习能力.仿真实验表明,即使在输入变化很大的情况下也能很快的达到控制目标,控制误差在0.001内,说明模糊神经网络控制器的控制稳定性高,控制精度高,实用性强.

跳汰机新型排料装置控制系统的设计

介绍基于灰分仪实时监测的灰分值的跳汰排料自动控制的系统原理及其硬件软件设计,现场试验表明该控制系统效果显著,运行可靠,提高精煤回收率和质量,为跳汰选煤提供新的途径.

基于多轴差分吸收光谱技术的最优估算法反演气溶胶消光廓线研究

研究了多轴差分吸收光谱技术的气溶胶消光系数垂直廓线反演方法,基于非线性最优估算法,通过地基多轴差分吸收光谱仪观测的O4气体差分斜柱浓度,结合大气辐射传输模型,反演气溶胶消光廓线和光学厚度.2017年7月和8月在淮北地区开展了外场观测实验,低仰角(小于15°)的O4差分斜柱浓度模拟结果和测量结果相关性高于0.9,较好反演了对流层的气溶胶状态.研究表明淮北地区夏季气溶胶含量整体较低,出现的两天高值天气(7月24日和8月12日)的光学厚度日均值为0.65和0.59,分别为季节均值的1.6倍和1.4倍.通过气溶胶消光廓线时序图可知,两天的气溶胶高值都位于0.5km以下,污染主要为本地积累产生.

北京机动车限行期间苯和甲苯的DOAS测量

基于差分光学吸收光谱（DOAS）技术在北京机动车限行期间8月7日到28日对苯和甲苯进行连续监测，获取苯、甲苯的变化特征，分析交通排放苯、甲苯和车流量关系．监测结果表明，整个交通管制期间，监测点苯与甲苯相关系数为0．8，且二者比值为0．43—0．50，充分证明苯系物具有同源性．限车时段苯的浓度下降11．4％，甲苯下降12．8％，而车流量下降11．8％，因此苯和甲苯是北京机动车排放的主要来源．

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。

获取大气颗粒物消光系数的差分吸收光谱法研究

针对雾霾天气日益增多,大气污染气体向颗粒物的转化在加快,研究了一种大范围对其监测的差分吸收光谱方法。差分吸收光谱法可以实时、在线、准确同时获取颗粒物光学特性和大气痕量气体浓度。论文首先分析了双光路差分吸收光学遥感系统获取颗粒物绝对光强的原理,然后研究了基于单光路测量大气吸收谱,在干净天气状况下测量参考光谱,利用能见度数据,在550nm波段处实现系统校准,计算校准参数,从而获得大气绝对吸收光强,然后解析出大气总的消光系数。再从总的大气消光系数中,去除瑞利散射以及大气痕量气体吸收对消光系数影响后,精确解析出颗粒物消光系数。同时基于差分思想获取大气痕量气体的浓度。最后把该方法应用于外场实验,获取大气颗粒物在350~700nm波段范围内消光系数和大气中NO2的浓度。研究结果表明颗粒物消光系数的随着波长的增加而减少,符合Angstrom公式。该研究为分析大气气相/粒子非均相化学反应提供有力的技术支持。

基于主动差分吸收光谱系统获取大气颗粒物光学特性研究

以主动差分吸收光谱遥感技术为基础,在干净大气环境条件下,结合参考光路设计技术,开展了获取近地面气溶胶颗粒物的光谱新方法研究.针对以宽带氙弧灯为光源的主动差分吸收光谱系统固有宽波段特性,建立了解析颗粒物光学厚度模型,获取了大气颗粒物光学特性.最后通过外场实验,获得测量期间气溶胶颗粒物光学厚度,然后采用对数线性回归获取Angstrom波长指数和混浊系数,以及大气能见度数据.主动差分吸收光谱系统用测量光程范围内的大气总的吸收特性,获得监测区域的颗粒物平均水平,更具有代表性和进一步应用价值.

MATLAB软件在自动控制原理课程教学中的应用

针对"自动控制原理"教学中的理论抽象、计算量大和绘图复杂等难点问题,引入MATLAB软件作为辅助教学手段。线性控制系统的传递函数和时域分析、根轨迹分析以及频域分析是经典控制理论的重点教学内容,将理论教学与MATLAB软件仿真相结合,使学生更容易理解和掌握知识点,激发学生主动学习的兴趣。

基于STM32和机智云智能门锁的设计与实现

为了提高门锁的安全性,基于STM32和机智云设计了一款新型智能门锁.该系统主要由STM32主控制模块、数据存储器单元、矩阵键盘单元、TFT液晶显示、手机APP等模块组成,实现了一款拥有警报功能的控制系统.此外,结合日常生活的实用性,在此基础上增加手机无线远程解锁功能.利用ESP8266无线传输模块将智能门锁与手机APP进行连接,并在同一局域网下,机智云通过一键配置实现互通,并实时显示和控制开、关锁的状态.最终组成完整系统并完成了调试.