采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪

一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁。介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12m的紧凑型多次反射气室,实现了对痕量一氧化碳气体的检测。自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题。这一新系统的采样带宽为400MHz,采样频率1GSPS,垂直分辨率达到12bit,有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度。该仪器采用长光程差分吸收光谱法,通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9。检测仪的测量误差有非平稳,慢时变的特点。根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计,经过约40s方差曲线达到极小值,此时阿伦方差值为61×10-9。在2h的稳定性测试中,检测仪稳定度达到2.1×10-3,在长达12h的稳定性测试中,检测仪的稳定度依然可以达到1.7×10-2。此仪器具有较高的灵活性,通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测。

长程差分吸收光谱技术气体浓度反演误差的定量估计

长程差分吸收光谱法(LP-DOAS)是基于最小二乘原理来反演大气痕量气体浓度的。LP-DOAS能对痕量气体进行高灵敏的测量,但是还没有统计的方法定量确定LP-DOAS反演误差。痕量气体的吸收通常很弱,外来影响因素决定了检测限和测量精度,其被误当做真正的吸收,增加了没有统计特性的噪声到残差中,导致最小二乘拟合误差(err(LSQ))有一个明显的误估计。研究采用蒙特卡罗方法,通过残差的循环移位定量确定差分吸收光谱法反演气体浓度的误差。实验结果表明,蒙特卡罗方法可以定量估计差分吸收光谱法反演误差,误估计因子为1.13,而err(LSQ)为3.12。

长程差分吸收光谱中快速扫描光谱仪设计与性能分析

长程差分吸收光谱(DOAS)技术已经越来越广泛地被用来测量大气中痕量气体浓度。在DOAS系统中,快速准确地获得光谱信号是正确反演痕量气体浓度的关键。文中在讨论空气质量DOAS系统组成的基础上,提出了快速扫描光谱仪的设计并对影响光谱性能的问题进行了讨论。定标谱线和实际测量结果表明:所研制的快速扫描光谱仪在进行合理的结构设计和正确的安装调试后能够满足空气质量监测系统的要求.

长程差分吸收光谱气体污染监测系统

为改善大气环境，该项目研究开发了长程差分吸收光谱气体污染监测系统。该系统具有如下特点：(1)精度高、浓度测量下限低；(2)可实时、连续测量；(3)维护方便，运行成本低；(4)可同时测量多种气体成分；(5)不需要样气；(6)有自我标定系统；(7)监测距离长、范围广。

基于红光二极管为光源的LP-DOAS系统监测大气NO_3自由基的研究

NO3自由基是夜间大气中最重要的氧化基团,鉴于NO3自由基易变性以及极低的大气浓度,开发了以发红光二极管(LEDs)为光源来监测大气NO3自由基的长程差分吸收光谱系统(LEDs-DOAS)。分析了新型红光二极管Luxeon LXHL-MD1DLEDs的谱特性,研究了以其为光源的长程LEDs-DOAS系统测量大气NO3自由基的原理,设计了大气NO3测量自由基的装置,给出监测的大气吸收光谱,研究了反演NO3的方法,并给出反演谱图和一周大气NO3浓度的时间序列图。研究结果表明当光程为2.8km时,LEDs-DOAS系统的探测限大约为12ppt。

大气污染物垂直廓线扫描差分吸收光谱方法研究

差分光学吸收光谱法(DOAS)已经成为测量大气痕量气体含量的常用方法,该方法灵敏度高,可同时监测多种大气痕量气体。提出了应用差分吸收光谱方法监测大气痕量气体垂直分布,结合放置数套角反射器的近地层高塔,研制出扫描长光程差分吸收光谱(扫描LP-DOAS)系统。应用此系统于2007年夏季对北京城市重要大气污染物NO_2的垂直分布进行了外场监测,准确获得了NO_2沿各光路的积分浓度,确定了系统在各光路的检测限和系统总的测量误差。基于垂直廓线模型,成功反演了NO_2的垂直廓线和垂直梯度。研究结果表明扫描LP-DOAS技术监测城市大气近地层痕量气体垂直分布的可行性。

精密监测技术国际先进

中国科学院知识创新工程方向性项目“环境污染高灵敏光谱在线监测技术研究”于４月初在合肥中科院安徽光机所通过中国科学院高技术局主持的验收。