碱锰电池高温储存过程的重量与气体量变化

研究了使用PA610与PA612密封圈的LR6碱锰电池在高温储存过程的重量与气体量变化,结果表明:重量下降速度随储存温度升高而加快,气体量在60℃储存过程存在上升峰值,91℃储存过程存在加速上升拐点。PA612材料吸水率低于PA610的,使用前者的电池重量下降速度相对较小,电池内部气体量相对较高,PA612的密封效果优于PA610。

自制简易气体量管系列在中学科学素质教育中的应用(一)——常见物质中某成分的定量测定

重视科学过程和方法 ,培养学生的创造能力 ,是 2 1世纪知识经济社会对教育提出的重大课题。如何通过动态科学过程建立起静态的学科知识网络 ,是科学素质教育的中心议题。本文在考察一定范围气体定量测定的基础上 ,开发了气体量管系列 ,结合在中日两国各年级学生中课题研究结果 ,概述了气体量管实验系列在引导学生独立探索 ,用自己的数据发现规律 ,建立起学科间联系等活动中的应用。

基于1D-WCWKCNN的痕量甲烷气体浓度检测

可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术在检测甲烷气体浓度过程中,甲烷气体透射光强二次谐波信号幅值与痕量甲烷气体浓度值成正比关系。如何准确和快速筛选目标甲烷透射光强二次谐波信号幅值至关重要。通过光电探测器获取1 000个甲烷气体透射光强信号样本,解调该透射光强信号获得二次谐波信号。人工在获得多种痕量甲烷气体透射光强和通过透射光强解调二次谐波信号时,存在噪声和人为操作对二次谐波信号的幅值产生影响,从而造成人工筛选二次谐波信号的时间增加。针对传统TDLAS技术筛选痕量甲烷气体二次谐波信号过程中存在高额时间成本的问题,提出了一种基于宽卷积和宽卷积核一维卷积神经网络(1D-WCWKCNN)的痕量甲烷气体浓度检测方法。首先,借助甲烷气体数据集训练1D-WCWKCNN模型,根据训练结果不断调整模型参数。其次,利用宽卷积层和宽卷积核一维卷积层对痕量甲烷气体二次谐波信号进行特征提取,使网络进行一次卷积后能够获得甲烷气体浓度信号中更长序列以及该序列边界信息与气体浓度之间的特征关系。甲烷透射光强二次谐波信号通过6层卷积层提取该信号与甲烷气体浓度关系的深层特征,然后通过6层最大池化层保留该信号与甲烷气体浓度关系的主要特征,再经过Flatten层将前一层处理的痕量甲烷气体透射光强二次谐波信号数据进行一维化处理。最后,根据训练好的1D-WCWKCNN模型通过Dense层输出痕量甲烷气体浓度。利用基于1D-WCWKCNN的痕量甲烷气体浓度检测模型代替了TDLAS技术中人工花费高额时间成本筛选二次谐波信号进行拟合直线对痕量甲烷气体浓度检测的过程。在实际实验中验证了该方法的有效性,实验结果表明利用该方法能够对50~1 000 mg·L^(-1)的痕量甲烷气体浓度进行有效检测,其准确度达到99.85%,与其他方法相比该方法信号特征提取能力强,检测甲烷气体精度高。该方法有助于气体检测领域中待测气体浓度信号的筛选。

痕量气体掩星探测高光谱成像光谱仪光学系统设计

痕量气体作为大气的重要成份,对地球的生态起着重要作用。为了实现宽波段、高光谱全天时连续测量,本文设计了一款在掩星探测模式下工作的高光谱成像光谱仪。该系统为共狭缝的双通道结构,紫外-可见光通道采用单凹面光栅结构、红外通道采用利特罗与浸没光栅结合结构,有效地减小了体积。利用软件对光学结构进行优化,优化结果表明:光谱仪在250~952 nm波段范围内工作,其中紫外-可见光通道工作波段为250~675 nm、光谱分辨率优于1 nm、MTF在奈奎斯特频率为20 lp/mm处均高于0.58、全视场各波长处RMS值均小于21μm;红外通道工作波段为756~952 nm、光谱分辨率优于0.2 nm、MTF在奈奎斯特频率为20 lp/mm处均高于0.76、全视场各波长处RMS值均小于6μm,均满足设计要求。结果表明该高光谱成像光谱仪系统可以实现对痕量气体的掩星探测。

光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量的研究进展

光声光谱技术作为实现痕量气体浓度高效率、高精度测量的重要气体传感技术,因其响应速度快、灵敏度高、选择性好等优点被广泛应用到大气环境检测、电力系统故障诊断、医疗健康诊断等领域当中。首先介绍了光声光谱技术痕量气体浓度测量的基本原理,对应用光声效应实现痕量气体浓度测量的机理进行了简要的描述,同时,介绍了基于光声光谱技术的典型痕量气体浓度测量装置的结构。其次,从光声信号强度的理论分析出发,引出国内外学者在光声光谱痕量气体浓度测量领域的研究热点,为了实现基于光声光谱技术的痕量气体浓度测量装置更强的抗干扰能力、更紧凑的结构、更低的检测下限、更高的检测灵敏度,国内外学者的研究重点可以总结为以下三点:(1)辐射光源的选取和设计,以实现更佳辐射光源的输出波长、更宽的调谐范围、更高的辐射光源输出功率。(2)更优秀的光声池设计,以实现更高效的声能量积聚、更紧凑的结构和更强的抗干扰能力。(3)声敏探测器的设计,以实现更高的声音灵敏度、更高的信噪比。详细介绍了基于光声光谱痕量气体浓度测量装置的三个核心元件:辐射光源,主要介绍了相干光源和非相干光源的应用研究进展;光声池,主要介绍了光声池的设计原则以及非共振式和共振式光声池的应用研究进展;微音器,主要介绍了电容式微音器、压电式微音器的应用研究进展,并对近期研究热点石英增强光声光谱技术进行简要的介绍。在介绍目前辐射光源、光声池、微音器应用研究进展的同时,分析了各元件的优势和需要解决的问题。最后,总结了光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量领域装置存在的信噪比不高、结构复杂、检测灵敏度和检测下限易受混合气体之间的交叉干扰等问题,并且对未来测量装置中的三个核心元件:辐射光源、光声池、微音器的发展趋势进行了展望。

四氟化锗中痕量气体杂质的气相色谱分析

建立了气相色谱法测定高纯四氟化锗中痕量气体杂质的方法,设计气路切割过程并研制高密封性吹扫进样系统。采用GOW MAC 816气相色谱,载气为氦气,采用脉冲放电氦离子化检测器(PDHID)。结果表明:各项杂质分离效果良好,平行实验相对标准偏差均在5%以下。该方法准确可靠,可用于高纯四氟化锗中痕量气体杂质的测定。

基于MEMS-FPI片上光谱芯片的多组分痕量气体检测系统

气体的特征吸收频率可以通过红外光谱技术进行提取,但以可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)为标志的气体光谱检测技术难以兼顾宽波段与高精度。因此,高集成度、高速度和高稳定性的多组分痕量气体的检测技术一直是科研界研究的热点。为了拓宽红外激光器检测的范围,本项目研发了中心波长分别为1543、1579、1626、1653、1690与1742 nm波段可调谐的多通道、可调频分布式反馈(DFB)激光器作为光源。利用MEMS-FPI片上光谱芯片探测带宽窄(约5 nm)、工作波长可精准调控、滤波效率高等一系列优势,实现了与多波长红外激光器的同步探测,完成多种混合气体的稳定高精度的识别与浓度检测,有效抑制了背景气体的相互干扰。该系统采用可寻址的MEMS-FPI光谱芯片的多通道波长调制(WMS)技术,通过单路锁相放大电路分别对不同气体吸收谱线的二次谐波(2f)信号进行解调与数字采集。实现了甲烷(CH4),硫化氢(H_(2)S),乙烯(C2H4)等七种气体标志物的快速痕量级检测。能够兼顾多组分识别与低气体检测下限(识别速度2 s以内),检测下限相比于传统宽光谱直接测量方法降低了约700倍。实验结果表明,本系统对甲烷的检测下限可达到0.2μL·L^(-1),且二氧化碳的检测下限为10μL·L^(-1),丙酮的检测下限为2μL·L^(-1),乙烯、硫化氢的检测下限为1μL·L^(-1),氨气的检测下限为5μL·L^(-1),氯化氢的检测下限为4μL·L^(-1),完全满足包括双碳背景下的低浓度温室气体监测、医疗领域人体呼出气体检测与诊断在内的一系列痕量级多组分气体检测的应用需求。

气体流量计量虚拟仿真教学项目设计

气体流量计量标准装置结构复杂、价格昂贵,在传统实验教学模式下学生难以开展动手操作,为此开发气体流量计量的虚拟仿真实验。运用虚拟仿真技术搭建音速喷嘴气体流量传递标准装置,在虚拟三维场景中学生可对气体流量标准装置的结构和工作原理展开全方位的认知,掌握气体流量量值传递与溯源方法。同时依据检定规程设计气体涡轮流量计检定交互步骤,使学生掌握涡轮流量计的检定流程及其计量性能评价方法。该项目克服了传统流量计量实验教学中存在的难题,取得了较好的实验教学效果,有效提升学生的专业认知和行业从业能力。

基于不确定参数的变电站碳储量预估方法

设备资产运维精益管理系统(power production management system,PMS)SF6气体量数据不全且误差较大,无法为电网企业核算碳储量以及实现待建变电站碳规划提供基础数据。针对上述情况,研究了计及母线和断路器的变电站碳储量核算方法,并结合宁夏电网现场实测数据,通过MIC法筛选神经网络输入参数,构建了6输入参数的GA-BP、PSO-BP、HPO-BP神经网络模型,结果表明HPO-BP神经网络模型的评估指标及预估结果相对误差(6.28%)均优于其余2种神经网络模型,可以准确核算断路器SF6气体量。针对参数不确定情况,根据PCCs法分析不同参数之间的线性关系,构建了3输入参数的HPO-BP神经网络模型,预估结果相对误差为9.72%。通过遍历输出方式,在参数不确定情况下输出多组断路器SF6气体量预估数据,利用求和累积方法获取变电站总SF6气体量,并量化为变电站碳储量,从而为电网企业实现“双碳”目标提供数据支撑。

基于光致热弹光谱的痕量气体传感技术研究进展

光致热弹光谱(LITES)技术在痕量气体检测领域的应用性能不断提高。主要介绍了基于不同结构吸收池的LITES痕量气体传感技术、提高系统灵敏度的各种技术手段以及LITES痕量气体传感技术的光强修正方法,并对目前LITES痕量气体传感技术的研究进展进行总结,展望了进一步提高系统检测灵敏度的方法,以期LITES痕量气体传感技术在环境监测、工业安全和生命科学等领域发挥更大的作用。

融合格拉姆角场的深度特征学习在痕量气体浓度识别中的应用研究

针对气体绝缘金属封闭式组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备中痕量气体紫外分析光谱信号易出现吸收峰重叠的问题,提出了一种结合格拉姆角场(Gram's angle field,GAF)和VGG16改进模型的多组分痕量气体的定量检测方法。首先利用GAF将一维紫外光谱信号转换为时序图像,将光谱信号映射为具有丰富特征信息的图像形式,从而提升原始光谱信号的特征表达能力。其次将GAF特征图输入到VGG16改进模型中,实现痕量气体浓度的特征识别。最后通过不同浓度下采集到的CS2、SO2和H2S的单组分气体和混合气体,与卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、VGG16和SDP_VGG16等模型进行对比实验,并结合受试者工作特征曲线下面积(area under the curve,AUC)进行验证。结果表明,该方法可以有效地检测出SF6分解所产生的CS2、SO2和H2S痕量气体,是一种行之有效的特征提取方法。

南极考察航线大气微、痕量气体观测:数据质量评估/控制与分析

在远洋航船上开展大气成分观测易受到来自航船燃油发动机排放污染。基于2020年1-4月“北京”号考察船南极考察航线微量(CO_(2))和痕量(CO、O_(3)、CH_(4)和N_(2)O)气体浓度(体积混合比)观测分钟级数据,提出根据CO、CO_(2)测量值开展数据质量评估与控制(QA/QC),并给出了南极考察航线上大气微、痕量气体分布特征。结果表明,以CO或CO_(2)单独示踪均能标识出数据的部分局地污染时段,但CO/CO_(2)比值对确定高污染时段的CO或CO_(2)本底浓度更有效,CO和CO_(2)同步示踪(即CO+CO_(2))是标识局地污染时段的最优方法,可使南大洋和南极地区的CO、CO_(2)浓度测量值分别降低(5-11)×10^(-9)(10%-18%)和(3-7)×10^(-9)(1%-2%),O3上升(3-5)×10^(-9)(20%-25%),测量值更具有全球本底特征的代表性。航船测量数据与同纬度陆地站点观测值接近,南大洋和南极地区CO、CO_(2)、CH_(4)和N_(2)O浓度差分别在2×10^(-9)、0.7×10^(-6)、1.4×10^(-9)和0.5×10^(-9)以内。航线的微、痕量气体测量值均呈北(南)半球高(低)、南大洋以南及南极地区浓度稳定的基本特征;O3在不同纬度分布特点清晰,热带辐合带(ITCZ)的极低浓度(<5×10^(-9))和春季中国东海地区出现的中尺度污染现象均很明显。

吸附气体量对煤岩力学特性损伤劣化的试验研究

煤岩吸附气体后会导致强度降低等力学损伤,为定量研究吸附气体量对煤岩体力学特性损伤劣化规律,利用可视化恒容固气耦合试验系统开展了型煤吸附He,N2,CH4和CO2后的单轴压缩试验,基于分形理论与MATLAB软件编程提取试验过程加载图像,得到了气-固耦合加载过程中煤体损伤劣化规律与裂隙发育分形演化特征.试验结果表明:不吸附的He对型煤力学特性没影响,随着型煤对于不同气体吸附量(N2<CH4<CO2)的增加,煤体损伤劣化程度加剧:1)煤体强度分别降低了9.80%,27.11%和32.05%;2)全应力-应变曲线表明扩容点提前,损伤因子分别为0.053,0.237和0.323;3)型煤表面裂纹发育越来越丰富,密度增加并呈现'鱼鳞片'状膨胀脱落,具有明显的分形特征,经计算裂隙分形维数分别为1.41,1.43,1.46.

降低肉鸡氮磷排放量和粪中有害气体散发量的饲料配制

本文旨在探讨降低肉鸡氮磷排放量和粪中有害气体散发量的饲料配制技术。选用288只1日龄AA肉公鸡,随机分成3个处理组,每个处理设6个重复,每个重复16只鸡。试验饲粮分别为:(1)玉米-普通豆粕饲粮作为对照组(含抗生素);(2)低磷、低蛋白玉米-去皮豆粕基础饲粮(不含抗生素)中添加0.2 g/kg植酸酶和0.5 g/kg复合酶,设为试验饲粮Ⅰ;(3)在试验饲粮Ⅰ中添加0.3%果寡糖和0.1%益生素,设为试验饲粮Ⅱ。结果表明:(1)饲喂试验饲粮肉鸡的增重速度达到甚至高于对照组;(2)试验饲粮有增加采食量和降低料重比的趋势,但与对照组差异均不显著(P>0.05);(3)试验饲粮Ⅰ使氮和磷排放量分别降低37.05%(P<0.05)和23.70%(P<0.05),试验饲粮Ⅱ使氮、磷排放量分别降低41.05%(P<0.05)和33.94%(P<0.05);(4)试验饲粮Ⅰ使发酵粪中NH3和H2S的散发量分别降低56.76%(P<0.05)和45.76%(P<0.05),试验饲粮Ⅱ使发酵粪中NH3和H2S的散发量分别降低80.04%(P<0.05)和64.37%(P<0.05)。饲喂添加植酸酶和复合酶及果寡糖和益生素的低磷、低蛋白玉米-去皮豆粕饲粮,在保证生产性能不低于饲喂玉米-普通豆粕饲粮肉鸡的基础上,可有效降低其氮磷排放量和粪中有害气体散发量。

机载FTIR被动遥测大气痕量气体

介绍了以各种地物为背景的机载傅里叶变换红外光谱法(FTIR)被动遥测大气中痕量气体飞行测量试验,讨论了相应的被动下视遥测技术,复杂背景下大气痕量气体红外特征光谱信息获取方法和浓度反演算法模型,定量分析了飞行试验区域内高度1 000 m以下边界层内大气中痕量气体CO和N2O的平均浓度。这种遥测量技术和数据分析方法可在不预先测量背景辐射光谱的情况下对大尺度区域内大气痕量气体进行快速、机动遥感遥测,以及突发性大气污染事故的应急监测。