摘要：根据甲烷气体的特征吸收光谱与浓度变化之间的关系,结合虚拟仪器技术,提出了一种基于差分吸收原理的红外甲烷浓度检测系统设计方案。系统采用主从结构设计,通过软硬件功能的合理分工,实现了数据采集与数据分析功能的分离,大大简化了系统设计,降低了生产成本。试验结果表明:该系统利用FFT与Savitzky-Golay滤波算法,有效抑制了系统的噪声干扰,提高了甲烷浓度检测的精确度和灵敏度,具备了不同环境下实际应用的基础。

摘要：工业烟囱及船舶尾气中SO2气体排放是造成大气污染的重要因素。SO2容易被氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶,产生酸雨,严重危害大气生态环境平衡及人类健康。现有的SO2光学遥感测量技术,如拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)、紫外差分吸收光谱(DOAS)、高分辨光谱成像等,难以兼顾气体污染监测对高时间分辨率、高空间分辨率以及便携机动等应用需求。近年来,紫外SO2相机成像探测因探测精度高、实用性强得到迅速发展,该技术时间分辨率高、空间分辨力强,能从解析图像中直观在线获取污染气体浓度在空间的二维分布及随时间的排放率,对于监测环境污染有重要作用。基于紫外SO2相机成像探测技术,围绕SO2柱浓度探测的测量原理及影响因素、仪器设计及实验方法、反演算法及结果比对等方面开展研究。取得的成果主要有:(1)利用窄带滤光片的窄波窗口,用紫外相机测量310 nm附近的SO2紫外吸收,建立了紫外成像遥感监测理论模型,介绍了紫外成像遥感检测获取SO2浓度图像的测量原理;(2)将滤光片放置镜头前后,讨论了不同入射角对滤光片中心波长及透过率曲线的影响,发现滤光片放置镜头后,相机系统对SO2的灵敏度受入射角影响更小,对SO2浓度图像的反演误差更小;(3)分析了太阳高度角对SO2浓度图像反演的影响,阐明了SO2浓度反演曲线实时校准的不可或缺性;(4)通过理论分析设计出了紫外成像遥感探测装置,开展了基于紫外成像遥感监测SO2气体排放的实验研究,通过2-IM法拟合出了人工天空背景,获得了SO2光学厚度图像,利用标准泡进行校准,反演出了SO2浓度图像;(5)采用DOAS技术对SO2气体排放进行监测,与紫外成像遥感获得的SO2浓度进行对比表明,两方法实验结果所计算得到的浓度信息趋势相一致,从而证明紫外成像遥感监测技术测量结果的准确性,同时展现了该技术在工厂烟囱及船舶尾气污染排放遥感监测中的巨大应用前景。

摘要：基于甲烷气体的光谱吸收特性,采用一种带有参考通道的光纤甲烷气体在线实时监测系统。为了消除随机因素的影响,在设计过程中采用了双光路结构解决系统不稳定问题,提高测量准确度。给出了该光纤甲烷气体测量系统的实验结果。

摘要：根据中红外光谱吸收原理,利用甲烷(CH_4)气体分子在7.5μm处的基频吸收特性,设计了一种基于量子级联激光器(QCL)和新型多反射长光程气体吸收气室(MPC)的甲烷气体传感器。该仪器使用了可进行热电冷却、工作在脉冲方式下、中心波长为7.5μm的QCL,通过在室温条件下调节其注入电流(500mA^1.6A调节范围),其出射光波长可以扫过CH_4(1 332.8cm^(-1))气体吸收线。同时使用了一种紧凑型MPC(40cm长,800mL采样容积),使得系统有效总光程达到16m。此外,系统中使用了参考气室,并加入了空间滤波光学结构以满足MPC对入射光束的要求,配合差分吸收光谱检测原理,有效地改善了光束质量,降低了由光源波动引起的噪声,提高了仪器的检测灵敏度。通过对不同浓度的甲烷气体进行多次检测,该仪器的稳定性能良好,按信噪比为1计算,可实现对甲烷气体的检测下限为1μmol·mol^(-1)。

摘要：激光雷达探测大气中的CO2气体目前还处在探索阶段,在差分吸收原理基础上,利用气体的受激拉曼散射增益效应,设计出测量CO2气体的非线性拉曼激光雷达系统,并模拟实验得到了增益开关两种状态下的光子计数信号,从而反演出CO2气体的浓度分布结果,在垂直方向上,CO2气体浓度随距离变化不大,合肥地区的浓度含量大约在400ppm左右。

摘要：为了研究CCD光束成像技术探测臭氧浓度廓线有效探测距离及反演方法,设计了一台硬件探测系统。该系统选用266、280 nm两个波长的连续激光作为差分吸收的光源。基于激光功率、曝光时间、CCD有效接收面积、气溶胶的浓度和臭氧的浓度等主要参数,对探测信号的信噪比进行数值仿真。假设气溶胶分为清洁、污染和重污染三种情况,臭氧浓度分为低和高两种情况,仿真结果表明:在探测误差小于10%的情况下,低臭氧浓度时三种不同气溶胶的条件下,有效探测距离皆大于2 km;高臭氧浓度时,在清洁型和污染型的气溶胶条件下,有效探测距离仍大于2 km,重污染条件下的有效探测距离为1.7 km;臭氧浓度的反演结果与假设高度廓线基本一致。仿真结果有利于了解臭氧浓度廓线探测的CCD光束成像系统的最优参数设定,进而实现对臭氧浓度廓线的有效探测。

摘要：根据甲烷分子的光谱吸收特性,研究设计了一套基于差分吸收技术的光纤传感系统。系统以发光二极管(LED)为光源,折返式吸收池作为气室,利用光纤光栅的窄带滤波特性,用双光路实现了差分吸收检测。分析和实验表明,该系统具有可行性,可用于煤矿、天然气站等领域进行远距离气体含量的实时监测。

摘要：由于目前用于瓦斯检测的设备普遍存在探测范围小、反应时间慢、成本高和稳定性差等问题,因此根据气体的近红外吸收光谱的特点,采用D S P作为微控制器,结合红外差分吸收原理设计一种响应时间短、稳定性强的矿井瓦斯检测装置,对于预防在煤矿和其他企业安全生产中的瓦斯事故具有一定意义。

摘要：某星载差分吸收光谱仪是一种高精度的空间光学遥感器,利用成像光谱仪成像到电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)面阵探测器,获取高光谱、高空间分辨率的光谱信息。由于采用了多块CCD作为关键的探测器,CCD模块的温度水平、波动范围和速率、每轨温度波动及温度梯度对仪器的正常工作与测量精度有较大影响,温控指标要求较高。由于光机结构紧凑复杂,且需兼顾光路系统的温度要求,导致CCD模块的散热成为整个系统中的难点。综合分析了该太阳同步轨道载荷的外热流变化情况,针对CCD模块的结构布局特点及热耗分布情况,为满足探测器对温度环境的要求,提出了被动热控为主,主动热控为辅的设计方案;利用I-DEAS/TMG热分析软件对光谱仪CCD模块的在轨温度水平进行了仿真计算,得到典型工况下各CCD散热环节的温度分布及温度波动情况;计算结果显示:紫外光通道CCD发热面温度在22℃以下,可见光通道CCD发热面温度在15℃以下,每轨温度波动在2℃以内。光学箱侧板温度较均匀,设计的导热路径合理有效,能够将CCD模块热耗及时排散,同时将CCD发热面温度控制在较好的范围内。结果满足指标要求,热设计合理可行。

摘要：针对现有煤矿甲烷检测装置存在的缺点,文章提出了一种基于光谱吸收检测原理的煤矿甲烷红外检测系统的设计方案,分析了红外差分吸收检测原理,详细介绍了系统硬件及软件设计。该煤矿甲烷红外检测系统以宽带LED作为光源,采用单光路进行差分吸收检测,消除了双光路系统中由于光路的差异引起的误差;采用锁相放大器对微弱信号进行相敏检波,采用去极值移动平滑法对数字量进行滤波,提高了系统的灵敏度。实验结果表明,该系统检测的甲烷浓度在精确度和稳定性方面均满足检测要求。