面向工业园区的多组分痕量气体光声光谱同时检测

工业园区有毒有害气体排放具有种类繁多、成分复杂、分布广泛等特点,建立多组分、高精度气体监测技术体系是污染防控的基础.黑体光谱辐射范围广,可有效地降低吸收谱线相互干扰可能性,是多组分气体同时检测的首选光源.但其单波长能量低且稳定性欠佳导致难以实现高精度气体探测.鉴于此,本文提出光学增程和声学谐振双重增强模式联用,设计了一种可用于多组分气体同时高精度检测光声光谱传感器.应用两个相同T型增强光声池,构建了双光路增强型差分光学/光声检测模式,实验证明了差分光声模式具有更强的噪声抑制能力,可于同波段强吸收背景下提取出微弱痕量目标气体吸收信息,且双光路增强型信号较单光路模式提高了1.91倍.进行多组分气体同时检测性能研究,常温常压下CO_(2),C_(2)H_(2)和NH_(3)检测精度的体积分数分别为7.25×10^(-7),1.84×10^(-6)和1.43×10^(-6),比单光路光声模式提高了1个数量级.对体积分数为0-3×10^(-3)的三种气体样品进行测试,光声信号线性度高于0.995.广谱双光路T型增强差分光声光谱技术补偿了黑体广谱检测方法灵敏度低的缺陷,具有灵敏度高、选择性好、背景噪声抑制能力强的优势,可为建立工业园区多组分毒害气体的高精度监测技术提供支持,助力于我国“碳中和碳达峰”宏伟任务.

基于迭代算法的大气HONO和NO_(2)开放光路宽带腔增强吸收光谱测量

气态亚硝酸(HONO)作为羟基(OH)自由基的重要前体物,在大气中浓度低、寿命短、易损耗且活性强,针对大气HONO的高灵敏度测量具有一定的挑战.本文介绍了基于迭代算法的开放光路宽带腔增强吸收光谱(OP-BBCEAS)技术应用于大气HONO和NO_(2)的测量.常规BBCEAS技术通过将经滤膜过滤后的环境空气由泵压入/抽入光学腔内进行测量,尽管可以减小气溶胶消光对测量的影响,但针对一些活性组分的测量则需要考虑光学腔和采样造成的吸附损耗和二次生成等壁效应.本文采用OP-BBCEAS技术,开放光路的测量模式避免了上述壁效应的影响,基于迭代反演算法通过多次迭代确定有效吸收光程,然后采用差分光学吸收光谱的光谱拟合方法对光谱中HONO和NO_(2)的吸收进行定量,克服了气溶胶颗粒Mie散射消光和光源波动的宽带变化影响.在轻度(PM_(2.5)<75μg/m^(3))和中度(PM_(2.5)>75μg/m^(3))不同气溶胶污染状况下测量了实际大气HONO和NO_(2)浓度,并同时与常规封闭腔BBCEAS系统开展了测量对比.不同PM_(2.5)污染程度下两台BBCEAS系统测量的HONO和NO_(2)浓度均显著性相关(R^(2)>0.99),HONO和NO_(2)浓度的测量差异(HONO≤4.0%,NO_(2)≤6.5%)均小于系统测量误差(HONO:8.1%,NO_(2):7.5%),验证了迭代反演算法应用于OP-BBCEAS系统实际大气测量的可行性.

基于LabVIEW的空芯光子晶体光纤CO_2气体检测系统

为了实现全光纤型高灵敏度气体在线检测系统,以空芯光子晶体光纤为传感气室,利用CO_2气体分子在1 572.48 nm附近吸收谱以及虚拟仪器LabVIEW平台搭建了双光路差分CO_2气体近红外检测实验系统。实验中所用空芯光子晶体光纤长度为1.8 m,通过对其两端同时充气,提高了系统响应速度,0.1 MPa下充气过程仅需100 s左右。以标准浓度CO_2气体对该系统进行了标定,并对浓度2%、5%、10%和100%的CO_2气体进行了测量,结果表明100 min内浓度检测相对误差不超过2%,标准差最大3.32%。气体吸收光程为1.8 m,系统检测灵敏度达到5.981 8×10^(-5)μW/ppm。

永磁体双磁环结构的磁场均匀性分析

提出了可用于四频差动激光陀螺法拉第室的永磁体双磁环结构,用以产生较强且均匀的轴向磁场。推导了永磁体磁环轴线上磁场分布的解析式,理论并实验证明了该解析式的正确性。引入磁场均匀度概念,提出了类亥姆霍兹线圈的双磁环结构,模拟了磁环间距对磁场分布的影响,数值计算了不同均匀度下双磁环结构的磁场分布特征。在此基础上,针对四频差动激光陀螺法拉第室的要求,给出了适用的设计方案。