智能光谱气体检测技术赋能石化工业安全低碳高端发展

石化工业安全和环保生产形势与监管法规对智能光谱气体泄漏检测技术的应用需求强烈。首先,对比归纳了传统气体检测技术与光谱气体检测技术的优缺点。其次,介绍了国内外智能光谱气体检测技术现状,并着重剖析了在国内石化工业已获得局部成功应用的红外热成像仪、多频红外气体检测成像仪、傅立叶变换红外气体检测仪、激光雷达气体检测成像仪和智能巡检机器人等基于智能光谱气体检测技术装备的检测原理、技术特点及适用范围。第三,分析了智能光谱气体检测技术在石油化工典型场景的应用案例。最后,对我国智能光谱气体检测技术的发展思路提出了建设性意见,并给出了“加速推进智能光谱气体检测技术的研发及推广应用能够为石化工业安全低碳高端发展赋能”的结论。

基于近红外光的血氧含量监测系统

血氧含量的监测对人体生理健康具有重要的意义,为了实现无创监测人体组织血氧含量,利用还原血红蛋白和氧合血红蛋白对近红外光吸收光谱的差异性,运用朗伯-比尔定律,设计了一套便携式无创监测组织血氧含量的系统,通过对系统进行标定,建立了血氧含量与近红外光透射光强的数学模型。实验验证绝对误差范围在±2%,验证了设计的合理性和实用性。

基于红外吸收法的哈龙替代灭火剂HFC-125的浓度监测技术

HFC-125(五氟乙烷)有较好性能,可替代哈龙灭火剂应用于飞机灭火系统中。在飞机灭火系统的评估实验中,模拟地面或是飞行状态,灭火剂浓度测量设备都是必不可少的。基于非色散红外光谱技术(NDIR),初步设计了HFC-125灭火剂浓度监测设备,该设备采用硅碳红外光源,入射光经过斩波器调制转变为交变光,通过单光路测量气室后,被碲镉汞红外探测器转化为电压信号并被前置放大电路放大。通过电压比与体积分数的对应关系,可以实现对HFC-125浓度的监测。

非合作目标相位式激光测距中目标漫反射特性的实验研究

阐述了目标的漫反射特性对非合作目标相位式激光测距仪中光功率探测的重要性。设计了一种测量漫反射性能的实验装置,并测量了几种材质的漫反射特性。针对实验结果分析了漫反射特性与不同材质和不同入射角的关系,并指出在其他条件相同时,目标的反射特性还与入射光的波长有关,因此,在选择测距仪的光源时还应考虑被测物表面的反射特性。

基于Lambert W函数的光伏阵列通用模型研究

以单个光伏电池的电路模型为基础,引入Lambert W函数对光伏电池的I-V方程进行解耦,导出光伏电池电流I关于电压V的显式表达式,并在此基础上建立光伏电池、组件和适用于任意不均匀光照和温度分布情况下光伏阵列的通用数学模型。分析并仿真了串并联光伏阵列在不均匀光照和温度情况下的输出特性曲线及光伏阵列在任意光照强度和温度条件下的输出特性,并说明光照强度分布情况对输出功率曲线峰值点的影响。

基于血氧模拟前端AFE4490的无创血氧测量模块设计

该文从便携式监护设备的角度出发,选择血氧模拟前端AFE4490进行无创血氧测量模块的设计,用来采集人体脉搏波信号并进行波峰(谷)值点检测进而利用无创血氧测量原理计算出血氧饱和度(SPO2)。设计的无创血氧测量模块具有体积小、功耗低等特点,且实验结果表明血氧饱和度值测量准确。

高精密红外探硫传感器的研究与设计

根据气体的红外吸收特性,SO2的特征吸收峰所在的波长与人体红外波长范围正好重叠。因此,红外硫探测器成为了敏感元件,国内生产的红外硫探测系统测量精度不够,进口红外硫探测系统很大程度对国内进行了技术封锁。基于此,该文采用非分光红外技术,针对当前高精密红外低硫传感器最重要信噪比影响源进行了研究,优化了光源驱动、红外气室恒温控制、信号采样与微弱信号处理电路设计等,完成了一套低硫探测装置的设计,经过测试,信号的噪声波动从原来的140 uV减小到50 uV左右,检出限达到0.01 ppm,实现了低硫检测领域的技术创新,该项目成果已经成功实现量产。

双波长激光路面气象传感方法

为解决传统接触式路面气象传感器寿命低、安装不便、易破坏路基等问题,用1310 nm、1430 nm两种波长的激光器作为探测光源,结合红外测温辅助,研究了一种非接触的路面气象传感方法。该方法通过测量不同路面状态下由光源照射形成的后向散射光强,得到水、冰介质膜在两个特征波长下的反射率;通过设定反射率和红外温度信号的判别逻辑,可以分辨多种路面状态,包括干燥、潮湿、积水、结冰和结霜;以朗伯比尔定律为基础建模实现积水、结冰厚度检测,利用反射率零点自动判别校准测量模型参数,无需现场标定即可在不同道路条件下实现精准测量。实验证明,该方法路面状态判别准确,水/冰厚度检测量程达到3 mm,精度均为±0.2 mm,具有结构简单、探测距离远、成本低等特点,有良好的实用价值。

一种CO_2探空测量方法的电路设计改进

介绍了一种CO_2探空测量方法。其原理是利用朗伯-比尔定律,使用非分光红外法,通过选择合适的红外光源和红外探测器,设计了合理的电路,在定标的基础上将测量的光强转换成CO_2浓度,制作出可用于探空测量的实验装置。通过与EC9820型CO_2分析仪的地面对比试验,结果表明,连续12天测量的趋势一致,平均误差为9.835 ppm,验证了设计的可行性,基本满足了大气CO_2探空的精度需求,为进一步研制CO_2探空仪提供了参考。

非色散光学法NO_2浓度测量技术研究

主要研究了一种利用非色散光学法进行N02浓度检测的技术，其基本原理是利用NO2在紫外可见光波段有较强吸收的特点，根据朗伯-比尔定律通过预先标定好的气体吸收率与浓度的关系曲线来推导气体浓度信息。在实验室使用光谱仪、氤灯和已知浓度的一系列标准样气进行实验，从光谱仪测得的290-410nm范围的光谱数据中选取带宽为5nm的四个波段，分别计算不同气体浓度下的吸收率，然后分别与浓度作多项式拟合。通过对比不同波段范围和拟合阶次下的拟合相关系数，确定了一个拟合效果最好的波段和拟合阶次，为滤光片的选择提供了依据。

麻醉气体浓度检测方法的研究及改进

麻醉气体的成分和含量是医院手术室麻醉患者时的重要指标,为同时检测麻醉气体中的各种成分的浓度,本研究根据不同浓度的某种气体对红外光的吸收系数不同原理,在传统的一种麻醉气体种类和浓度的分次检测的基础上,采用高次矩阵逐次逼近算法和神经元网络算法加以改进,得到多种麻醉气体种类和浓度能同时被计算和检出的有效方法和可行性,从而得到麻醉气体中各种成分气体的种类和浓度可以同时检测的结论。

非平坦地形双基地海底混响的快速计算方法改进

针对传统双基地海底混响的计算量问题,对该类海底混响的理论计算模型进行了改进,利用基于Lambert散射法则的闭型表达式和基于曲线拟合的数值计算方法,实现了对任意地形双基地海底混响的快速计算。基于该方法,对不同变化规则的非平坦海底双基地混响进行了仿真分析,并讨论了周期和非周期的非平坦海底环境下,地形拟合步长对信混比计算精度的影响。仿真结果表明:该方法能够快速计算得到复杂海底地形的信混比空间分布。相比经典单元散射混响模型,所提出的双基地海底混响计算改进方法可以大幅提高计算效率,同时在合理的海底地形拟合步长前提下兼顾计算结果的精度。

“一对多”的空间在轨服务序列规划研究

为提高航天器在轨机动能力、工作寿命,升级扩大航天器功能,创造经济效益,近年来空间在轨服务与维护越来越成为空间技术的研究热点之一。为了降低地球静止轨道(GEO)卫星的发射成本,延长其在轨寿命,服务星采用“一对多”的方式为同一轨道平面上运行的多个工作星依次提供在轨服务。采用脉冲机动变轨与基于遗传算法的序列规划相结合的方法,利用霍曼转移、异面圆轨道转移和Lambert转移等算法建立数学模型,针对同面与异面服务两种情况进行仿真与结果分析,给出总脉冲速度增量最小的服务策略,为GEO卫星在轨服务任务规划提供参考。

Microwave Heating of Liquid Foods

A mathematical model has been formulated to describe the heat transfer in liquid foods flowing in circular ducts, subjected to microwave irradiations. Three types of liquids with different rheological behavior are considered: skim milk (Newtonian), apple sauce and tomato sauce as non-New-tonian fluids. Each one can flow with different velocities but always in laminar way. The temperature profiles have been obtained solving the transient momentum and heat equations by numerical resolution using the Finite Element Method. The generation term due to the microwave heating has been evaluated according to Lambert’s law. Dielectric properties are considered to be temperature dependent.

非分光红外CO_(2)数字传感器设计与实现

针对市面上非分光红外CO_(2)数字传感器在小型化、数字化、模块化和国产化等方面发展不尽人意。基于不同气体分子的红外光谱吸收特性,利用朗伯-比尔红外吸收定律,运用电子学、机械学和光学等多门学科,对非分光红外CO_(2)数字传感器进行设计。整体方案设计主要内容包括光源选择、探测器选择、光学气室设计、硬件电路设计、软件设计。通过实验检测,测量结果完全达到设计要求,精度不低于±1×10^(-4)、测量范围1×10^(-5)~4.7×10^(-3)。结果表明,仪器测量范围广、精度高、预热启动时间短、成本低和模块化。

中国木材贸易非均衡度问题及其动态性研究

根据中国大陆木材贸易状况,利用Lambert指数聚合方程对其贸易状况进行分析,在此基础上,测算木材供需的非均衡度,并对未来一段时期木材供需情况进行预测。研究表明,人均可支配收入对木材需求影响最大,人均国民生产总值次之,价格影响最小;价格对木材供给影响最大,其次是木材产量和进口量,出口量影响最小。因此,人均可支配收入和人均国民生产总值是影响木材需求的重要因素,从它们的变化可以较好地判断市场需求。而价格、木材产量和进口量是影响木材供给的重要因素,从它们的变化可以较好地判断市场供给。此外,从1996—2013年,中国木材贸易市场供需非均衡状态呈现明显的周期性波动,集中反映了市场中的非理性行为。从描述木材市场有效程度的短边规则角度看,市场对木材需求和供给变化缺乏灵敏性是出现周期性波动的重要原因。通过预测把握市场对于供需双方都很重要。

Comparison between Lambert and Maxwell Approaches in the Modelling of Microwave Heating of Liquid Foods

Microwave heating of liquid foods in laminar flow through a circular tube has been modeled. In particular, skim milk as a Newtonian fluid and apple sauce and tomato sauce as non-Newtonian fluids have been considered. The temperature profiles have been obtained solving the motion and energy equations in transient regime and Maxwell’s equations in the frequency domain. Numerical resolution of Finite Element Method has been implemented in Comsol Multiphysics. The generation term due to the microwave heating has been evaluated according both to Lambert’s law and Poynting theorem. Finally, a comparison between the two methods has been made in order to check to what extent the results obtained with the simpler Lambert’s law approximation are comparable with those deriving from the exact solution of Maxwell equations. Dielectric properties are considered to be temperature dependent.

土壤表现为朗伯体的土壤湿度临界值的确定方法初探——以黑土为例

多角度遥感中我们发现具有一定湿度的土壤表现为非朗伯体.而小于这个湿度时土壤则表现为朗伯体。本文以黑土土壤为例,通过对含水土壤偏振度的测量,建立偏振度与土壤湿度之间的数学模型,计算出偏振度为0时土壤湿度,这个湿度就是土壤表现为朗伯体和非朗伯体的湿度临界点,再通过实验验证我们得到的结论。

对建立遥感估产模式的几点初步认识

本文从分析遥感光谱参数的生物学意义着手，论证了正确建立遥感估产模型的可能途径。对几种有代表性的遥感估产模型作了分析，作者认为把可见光、近红外波段的遥感信息与热红外信息有机结合是解决遥感估产模型的最佳方案。对ＮＯＡＡ－ＡＶＨＲＲ的第１通道与第２通道光谱数值进行非朗伯体特性的纠正是必要的。遥感估产模型不仅可以使估产的空间尺度大大缩小而且参数数目亦可大大减小，更有利于实际运行。

一种新的CO_2探空测量方法

介绍了一种新的CO2探空测量方法。其原理是利用比尔-歩格-朗伯定律,使用非分光红外法,通过选择合适的红外光源和红外探测器,设计了合理的电路,在定标的基础上将测量的光强转换成CO2浓度,制作出可用于探空测量的实验装置。通过与EC9820型CO2分析仪的地面对比实验,结果表明,连续24h测量的误差范围在-10×10-6～10×10-6,平均误差为3.76×10-6,验证了设计的可行性,基本满足了大气CO2探空的精度需求,为进一步研制CO2探空仪提供了参考。