摘要：用来描述降水粒子数浓度随粒子尺度变化函数的雨滴谱,是降水最基本的微物理特征量,利用雨滴谱信息可以更清楚地认识自然降水的发展演变过程。从雨滴在矩形光束中的相对位置出发,理论分析了不同尺寸条件下矩形光束透射强度随粒径的变化,结果显示矩形光束的透过率与雨滴尺寸具有很好的线性关系;数值模拟了不同粒径、不同降落速度下雨滴在矩形光束中的渡越时间。并指出利用测量的雨滴粒子大小和下落时间就可获得降水类型(毛毛雨、普雨、降雪、降霰、冰雹以及混合型降水)、降水强度、降水量和粒子波谱(在体积波谱上的粒子分布)等信息。

摘要：基于地形后向散射和谐波探测原理,设计并建立了一套天然气管道泄漏激光遥感探测系统,并基于此平台实现了探测距离在120 m,对体积分数为0.308%的模拟天然气泄漏源进行远距离遥感探测,并对空气中痕量甲烷气体进行了测量,系统的最小探测灵敏度约为3×10-5m;同时研究了不同散射体的反射效率tρot对实验的影响,提出并实验验证了新的积分浓度标定方法的可行性,其实验结果能够满足实际探测需要。

摘要：激光外差光谱测量技术具有光谱分辨率高、探测灵敏度高、成本低等特点,近年来在温室气体探测、激光大气传输等领域得到了广泛的应用。以3.66μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源搭建了一套高分辨率激光外差太阳光谱测量装置,实现了水汽吸收光谱的实时测量,并利用最优估算法对整层大气中的水汽柱浓度进行了反演,得到合肥地区2019年5月22日和23日的水汽柱浓度。反演结果与同步进行观测的傅里叶变换光谱仪EM27/SUN测量结果变化趋势一致,相关性优于0.8,偏差小于15%。研究结果表明,搭建的激光外差光谱测量装置能够实现大气中水汽吸收光谱的实时测量以及水汽柱浓度的精确反演,同时为后续的水汽浓度廓线测量与研究奠定了基础。

摘要：利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对气体进行长时间实时监测时,激光器波长的漂移会给测量精度造成较大的影响。为了消除这种影响,利用Lab-VIEW设计的数字比例积分微分(PID)算法和软件数字锁相,将激光频率锁定在待测气体的吸收峰上。采用1.653μm的分布式反馈(DFB)半导体激光器作为光源,结合100 m离散型Herriot吸收池,选择空气中的甲烷作为研究对象,对系统性能进行了测试和分析。结果表明,该系统可以将激光器稳定在±0.001 cm-1范围内,对激光器的漂移起到了很好的抑制作用。系统使用二次谐波测量时1 s积分时间内检测限约为1.8×10-8体积分数,可以满足环境空气中甲烷的长时间监测。该方法可以直接应用于其他痕量气体探测、燃烧诊断等领域。

摘要：二氧化碳作为大气中重要的温室气体,与气候变化和人类活动密切相关,因此对其浓度的探测具有重要意义。利用近红外可调谐二极管激光器结合自主设计的便携式小型化柱面镜光学多通吸收池,实现了二氧化碳气体的高灵敏探测。通过Matlab编写光线传输矩阵,优化设计了基于柱面镜的光学多通吸收池,相比于传统Herriott型多通池,具有腔镜利用面积高、在相同体积内可实现有效光程长等特点,在物理基长为15cm的情况下,实现了14m的有效光程。实验中使用中心波长为1.57μm的DFB二极管激光器,采用直接吸收光谱方法对CO_2气体进行了探测研究,并用Allan方差对系统性能进行了分析。结果表明,在平均时间为5s时,系统的探测灵敏度为33.1μL·L^(-1),平均时间为235s时,系统的探测灵敏度可达到5.3μL·L^(-1)。此外,利用该系统实现了大气中CO_2的探测,得到大气中的CO_2浓度为383.4μL·L^(-1)。基于柱面镜多通池搭建的可调谐激光吸收光谱(TDLAS)系统,结合了柱面镜多通池可在小体积内实现长光程和可调谐激光吸收光谱技术高灵敏度、高分辨率、快速响应的优点,大大减小了系统体积,提高了系统探测灵敏度,在气体探测领域有广泛的应用。

摘要：CO和CH_4气体作为判断变压器运行状态的故障气体,对其浓度的探测在变压器维护中具有重要意义.为了准确探测变压器运行过程中产生的CH_4和CO气体浓度,本文利用光声光谱技术,设计了一套基于宽带光源的多组分气体探测系统,和共振型光声系统相比,该系统中所用的非共振型光声池体积小,易加工,池内各处信号强度相同,降低了对声学信号探测器的安装要求.系统的性能通过对CO和CH_4气体的探测进行评估.首先,从理论上分析了信号强度与调制频率呈反比,然后根据宽带光声系统在不同调制频率下的响应,确定系统的最佳调制频率为22 Hz.在最佳调制频率下,根据温度与待测气体光声信号的关系,对光声信号进行温度补偿,消除温度变化对光声信号的影响,进一步提高了系统的稳定性.最后,通过不同浓度的CH_4和CO气体对系统进行标定.实验表明,温度补偿前后,光声信号随温度的漂移分别为0.023 23V/℃和8.383 48×10^(-5) V/℃,通过对不同浓度CH_4和CO气体的探测,系统的线性度分别达到0.995和0.998 4.在一个大气压下,积分时间为1s时,宽带光声探测系统对CO和CH_4气体的探测极限浓度能够达到1μL/L.该系统成本低,线性度好,探测灵敏度符合国标对变压器维护过程中CO和CH_4气体的探测要求.

摘要：利用近红外可调谐半导体激光器结合自主设计的柱面镜光学多通池,采用免标定波长调制吸收光谱技术实现了乙炔气体的痕量探测;实验中,使用中心波长为1.53μm的分布式反馈二极管激光器和有效光程为10.5m的柱面镜光学多通池,采用免标定波长调制吸收光谱技术对乙炔气体进行探测,并利用Allan方差对系统性能进行分析;对免标定波长调制吸收光谱技术与传统波长调制吸收光谱技术进行对比分析。结果表明:相比于传统的波长调制技术,免标定波长调制吸收光谱技术具有系统结构简单、灵敏度高以及浓度和光功率免标定等特点,可以提高系统的探测灵敏度和测量精度;使用免标定波长调制吸收光谱技术时,系统的测量误差小于5%,测量精度是传统波长调制技术的3.5倍,平均时间为1s时的系统探测灵敏度为0.127×10^(-6),平均时间为118s时的系统探测灵敏度可达0.031×10^(-6)。

摘要：乙炔气体作为判断变压器运行状态的一种故障气体,其浓度的高低反映了变压器的运行状况,因此对其浓度的探测在变压器的维护中具有重要意义。为了准确探测变压器运行过程中产生的乙炔气体浓度,为变压器的维护提供技术参数,针对基于DFB激光器的共振型光声光谱技术痕量乙炔气体检测技术开展研究,对传统的光声光谱探测系统进行改进。根据光声光谱技术的理论可知,光声信号的强度与入射激光的功率成正比,所以在光声池的出射窗口采用一个平面反射镜将红外光再次反射到光声池中以增加入射光功率,增强光声信号强度,进一步提高了光声系统的探测灵敏度。通过一定浓度的乙炔气体在不同调制频率和不同调制深度下光声信号强度的变化,确定光声探测系统的最佳调制频率和最佳调制深度为767 Hz和0.3mV。利用不同浓度乙炔气体对系统进行标定,然后采用最小二乘法对光声信号与气体浓度进行拟合,二者具有很好的线性度。通过Allan方差计算可知,系统在平均时间达到200s时,能够达到最低探测极限浓度。实验表明,在一个大气压下,积分时间为10ms时,改进后的共振型光声光谱探测系统对乙炔气体的最低探测极限浓度达到了0.3μL·L^(-1)。还将小波去噪技术引入到低浓度下乙炔气体的光声信号处理中,有效消除了低浓度气体光声信号中的噪声,提高了信噪比。设计的共振型光声光谱探测系统操作简单,最低探测浓度符合国标中对变压器维护过程中对乙炔气体的探测需求,在变压器维护领域具有广阔的应用前景。

摘要：我国天然气工业已经进入了迅速增长阶段,其作为一种洁净、高效的能源在经济发展以及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。天然气在生产、加工、运输和储存等过程中泄漏是难以避免的,这不仅会造成浪费,甚至还会造成重大灾难事故,这就使得对天然气管道泄漏进行探测显得尤为重要。文章围绕着车载式天然气管道泄漏遥感探测展开研究,设计并建立了一套车载式天然气管道泄漏遥感探测系统及模拟车载运动条件的实验平台,提出了一种简易可行的积分浓度标定方法。同时基于此实验平台和新的标定方法对不同反射距离,不同反射体,不同反射角度以及不同运动扫描速度进行了测量对比,用以模拟真实外场环境。实验结果和理论分析具有很好的一致性,该系统可实现探测距离为70m,时速为53.3km.h-1下,对较低浓度标准气体进行遥感探测,最小探测极限为28.9ppm.m。实验结果能够满足实际探测需要。

摘要：激光外差辐射计具备成本低、体积小、光谱分辨率高等优势,可扩展现有的地面碳测量网络,验证卫星观测结果,并能在卫星观测区域外提供数据覆盖.本文在现有的激光外差辐射计的基础上,报道了基于掺铒光纤放大器的可实现本振光功率锁定的近红外激光外差辐射计原型机.该激光外差辐射计利用一个中心波长为1.603μm的分布反馈式半导体激光器作为本振光源,采用掺铒光纤放大器放大本振光功率,并利用自动功率控制电路实现掺铒光纤放大器输出端光功率的锁定,消除了由本振光功率变化引起的基线斜率,从而实现免基线拟合的整层大气透过率谱的测量.详细评估了基于掺铒光纤放大器的高度集成化的激光外差辐射计的仪器性能,并在合肥市科学岛(31.9°N, 117.2°E)地区进行了整层大气CO_(2)透过率谱的测量.在一天的测量时间内得到6组大气CO_(2)透过率谱,与大气辐射模型模拟结果进行比对,测量结果一致.实验结果表明,掺铒光纤放大器的应用可以提高激光外差辐射计的性能,优化其结构,进而为实现无人值守的长期大气CO_(2)浓度观测和构建全面的碳观测网络提供仪器设备的补充.