组合式LED宽带光源灯结构对差分吸收光谱反演的影响和扣除方法研究

发光二极管(LED)发射光谱窄限制了差分吸收光谱反演波段,难以实现多种气体的同时测量。采用光纤束组合两种紫外LED形成组合式LED宽带光源,应用于DOAS系统实现大气SO_(2)和O_(3)的同步探测。光谱分析显示两种LED灯谱在280~295 nm处发生叠加,275~301 nm有明显的灯结构。该灯结构会随着双峰光强比增加而增强,同时向短波方向漂移。实际测量时,外界环境改变会引起两个LED光谱各自独立变化,且二者发射光谱波段内大气消光存在差异。这将导致大气吸收光谱的双峰光强比不断变化,且与灯谱不一致,二者相除难以抵消灯结构。光谱反演结果显示宽带光源灯结构为参考谱参与拟合无法较好地扣除干扰。为扣除测量时LED光谱独立变化对光谱反演的影响,提出采用各LED独立灯结构作为参考谱参与拟合,结果显示SO_(2)和O_(3)拟合残差分别由1%、6‰降低至4‰左右,扣除效果较好。该方法与避开干扰结构相比,拓宽了SO_(2)和O_(3)的反演波段,SO_(2)和O_(3)吸收峰分别增加了1.75倍和1倍,平均拟合误差分别降低了67.5%和37.3%,测量精度明显提高。SO_(2)和O_(3)测量结果与同时段同地区的传统氙灯长光程DOAS系统比较,结果显示二者保持较高一致性,相关性系数R高于95%。结果表明DOAS反演时组合式LED宽带光源灯结构可以通过各LED独立的灯结构来拟合扣除。

LED标准具结构对差分吸收光谱系统探测NO_2的影响及去除方法研究

发光二极管(LED)作为一种新型光源,应用于差分吸收光谱技术(DOAS)中具有较大潜力。但一些LED灯谱中的法布里-珀罗标准具结构影响DOAS的反演。分析了一种蓝光LED(Luxeon,LXHL-LR3C)灯谱中出现标准具结构的原因,研究了这些结构与入射角度之间的关系。通过改变LED的入射角度,可以使LED灯谱变得平滑,达到去除LED标准具结构的目的。在长光程DOAS上进行了四种不同入射角度下测量大气NO2的实验,并与传统的氙弧灯长光程DOAS测量结果进行了比较。结果显示,当LED倾斜30°入射时,两者的测量结果有很好的一致性,系统的探测极限也只有正入射时的13%左右。说明只要选择合适的入射角度,使LED谱平滑,就可以有效去除LED标准具结构对DOAS反演的影响。