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。

基于TDLAS-WMS的痕量甲烷气体检测仪

甲烷是一种无色、无味、易燃、易爆的气体,不仅造成煤矿作业的重大安全隐患,而且又是温室效应的重要气体之一,对于甲烷气体的监测具有极其重要的意义。采用混合可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)的检测技术,利用甲烷的2v3(第二泛频带)带R(3)支带吸收谱线,设计并研制出痕量甲烷气体检测仪。通过调谐系数-0.591cm^(-1)·K^(-1),采用改变DFB激光器工作温度的方式来获得甲烷在1.654μm处的最佳吸收谱线。待DFB激光器激射中心谱线选择后,通过调节其注入电流幅值来获得合适的发光强度。同时,结合频率调制技术将待测信号频率移至高频区,减小1/f噪声。在光学结构方面,采用有效光程为76m的herriott气室,确保对痕量甲烷气体进行检测。利用该痕量甲烷气体检测仪,在被测气体浓度为50~5 000μmol·mol^(-1)的范围内,对二次谐波信号进行了提取,并利用最小均方误差准则分别对气体浓度、信噪比的关系、谐波峰值信号与气体浓度的关系进行了线性拟合,最低检测限达到了1.4μmol·mol^(-1)。实验表明,谐波波形对称性良好,未观察到强度调制现象,消除强度调制等因素对谐波检测的影响。

采用7.5μm中红外量子级联激光器的痕量甲烷气体检测仪

一种具有高稳定性和高敏感度的紧凑型仪器,能精确、实时、实地连续测量和显示环境空气中的痕量甲烷(CH4)浓度。仪器采用了已集成热电制冷器激射波长为7.5μm的法布里-珀罗量子级联激光器(QCL)在室温脉冲工作模式下的最新技术,以覆盖CH4位于ν4附近基频特征吸收谱带。同时,采用高品质液氮制冷碲镉汞中红外探测器,配合全反射镀金椭球反射镜一同使用,在20cm单路径开放式光路吸收气室环境下,确保被测甲烷气体浓度为200μmol.mol-1的实验条件下保持稳定度高达5.2×10-3。此仪器所集成的软件算法通过时间鉴别电子技术实现对QCL控制,能够在无需校准的情况下,提供连续痕量甲烷气体检测。实验表明,仪器可以用于环境监测中的实地痕量气体测量,并且操作人员可以通过替换在不同波长下运行的QCL来测量其他气体。

基于中红外痕量甲烷检测的地震预警仪

随着地震断裂带气体观测技术的快速发展,为了对地震进行精确的预报,减少因地震给人民群众生命和财产带来的损失,根据甲烷气体的释放与地震前上地壳岩石的微裂隙有直接关系的这一微观变化,设计并研制中红外痕量甲烷气体检测仪。仪器采用激发波长为7.65μm的量子级联激光器(QCL),结合双光路长度为76m的多次反射herriott长光程气体吸收池,可以在4s的采样时间内实现40nmol·mol-1气体检测灵敏度。同时,采用半导体激光器频率调制直接光谱吸收技术,降低了该仪器噪声的主要来源1/f噪声,使气体检测下限达到5nmol·mol-1(40s采用时间)。在野外实验中,利用可控震源车作为模拟地震源,将6个痕量甲烷检测仪以100m为距离等间隔放置,对距震源中心不同距离下的地表面甲烷气体浓度进行动态测量。实验表明,该仪器可以监测地震前地下痕量甲烷气体的释放,为地震前兆预警提供新的途径。

气相色谱法测定纯净水中痕量三氯甲烷和四氯化碳

[目的 ]探讨纯净水中痕量三氯甲烷和四氯化碳的测定方法。 [方法 ]色谱条件 ,SE -3 0填充柱、柱温 60℃、N2 3 0ml min、ECD检测器。 [结果 ]检测下限 ,三氯甲烷为 0 2 μg L ,四氯化碳为 0 0 1μg L ,回收率为 85 %～ 115 % ,相对偏差 (RSD) <10 %。 [结论 ]与GB 5 75 0— 85法相比 ,灵敏度提高 ,检测下限大为降低 ,并具有简便、快速的优点。

应用于吸收型甲烷传感器的1650nm DFB激光器的研制

光学吸收法是一种工程上有效可行的检测痕量甲烷气体的方法,具有广泛地应用于构建煤矿坑道等场合的安全防护和报警系统的潜力。为实现针对甲烷气体1653nm吸收峰特性的单色光源,采用金属有机化合物化学气相沉积外延和纳米压印等技术手段,从多量子阱外延材料设计和金属有机化合物化学气相沉生长到器件封装,研制了1653nm分布反馈激光器。器件性能达到了52dB边模抑制比、14.9%的外微分斜率效率、不大于12mA的阈值电流、匹配甲烷1653nm吸收带的0.116nm@20dB光谱线宽和稳定的光学与电学特性。基于该激光器,对体积分数为0.005～0.05的甲烷气体测试误差率不大于1.3%。结果表明,该器件能够应用于基于谐波法的痕量甲烷探测工程系统,且适应于批量制造。

Membrane preconcentration of iron in seawater samples and on-site determination in spectrophotometry

A novel method for on-site determination of trace iron was developed using membrane preconcentration and spectrophotometric detection. Fe（II）-ferrozine complex was reacted with cetyltrimethylammonium bromide （CTAB） to form a Fe（II）-ferrozine-CTAB paired compound, which was collected on a membrane by filtration under vacuum. The membrane was immersed in 2 mL of ethanol-nitric acid and the absorbance of the solution measured for quantitative analysis. Various factors affecting the iron collection and determination were investigated. With different sample preconcentration volumes, the range of determination was broadened to 0.5-120 ~tg/L. The detection limit of this method reached 0.19 ktg/L and the recoveries were between 97.2 and 109% when the concentration enrichment was about 45. The relative standard deviation （n = 7） was 1.9% for samples containing 10 ~g/L Fe. Twelve seawater samples were analyzed on-site using the proposed method, and two were also analyzed in inductively coupled plasma mass spectrometry. No significant difference was shown between the two methods by the Student＇s t-test. The method has also been used on-site for iron enrichment experiments with phytoplankton and concluded to be simple, accurate and inexpensive.