摘要：基于CMOS探测器的静态光散射法能够实现水体悬浮颗粒物粒度分布的快速检测,受探测器工作特性和面幅大小的限制,前向光散射的CMOS粒度测量范围和精度难以提高。提出了颗粒前向光散射的双CMOS测量技术,重点研究双CMOS散射信号拼接测量方法,设计消除背景干扰的CMOS探测器分环方式,实现宽粒径范围颗粒粒度的准确测量。实验结果表明:基于CMOS探测器的颗粒粒度测量上限提高到了1000μm,1000μm、500μm标样的D_(50)测量相对误差分别为0.7%、0.1%,大粒径颗粒粒度测量准确度高;同时双CMOS探测的方式将单CMOS的粒度测量下限由5μm提高到了2μm,5μm、2μm标样D_(50)相对误差分别由单CMOS的15.0%、51.1%下降至双CMOS的1.4%、2.6%。

摘要：根据热光法原理,设计并实现了有机碳(OC)/元素碳(EC)测量系统。在此基础上分析了影响光学校正法准确判断OC和EC分割点的因素,对热分解过程中激光强度的温度效应进行激光补偿校正。描述了激光在滤膜中的传输特性,探讨了造成热光透射法(TOT)和热光反射法(TOR)所确定的OC和EC的分割点存在差异的原因。

摘要：可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)具有高分辨、高灵敏度和快速测量等特点,在环境检测、工业过程检测等方面具有很好的应用前景。但是TDLAS系统在长期连续工作时,存在激光输出波长随环境温度变化而发生漂移的问题。针对这一问题,研究了激光输出波长随环境温度变化特征及其对光谱处理的定量影响。为了消除激光输出波长的漂移,设计了基于ADμC841的温度补偿电路。根据环境温度实时调整激光器的温度,对激光器进行谱线锁定,在温控实验箱中进行了实验,当环境温度为20℃～60℃时,激光器的波长漂移量为4.1pm。

摘要：采用四通道凸面光栅成像光谱仪设计了星载大气痕量气体差分吸收光谱仪,该光谱仪用天底推扫方式探测地球地表或天空散射光信号,基于痕量气体对不同谱段光信息的"指纹"吸收和差分吸收光谱算法定量获取大气痕量气体分布。针对该光谱仪的大视场、宽谱段、高分辨率(光谱、空间)等特点,提出了相应的光谱定标和辐射定标方法,建立了定标系统,实现了对载荷的光谱定标和辐射定标,并对其定标的不确定度进行了分析。结果表明,载荷光谱定标不确定度为0.027nm,辐射定标不确定度为2.96%,满足给定的技术指标要求,为载荷的定量反演提供了保证。

摘要：提出了一种非分散红外多组分气体分析仪的系统设计方案,设计的滤光轮起到了光学滤波和调制光波的双重作用,多次反射池有效地增加了气体的吸收光程,分析仪使用一个探测器就能完成多种气体的测量。综合考虑光源辐射强度、滤光片透过率及探测器响应能力的影响,通过理论分析计算与实验研究,获得了各通道理想的零气背景信号。对分析仪进了浓度定标,各目标滤波通道的定标拟合相关系数均在0.998以上。将分析仪的实际测量值与标准值进行比较,各种气体的测量相关系数均在0.99以上。

摘要：CO2 和 CO 被称为燃烧效率指示性气体燃烧流场中 CO2 的精确测量对工业燃烧过程的节能减排和发动机燃烧状态诊断等都具有重要意义.研究 CO2 气体的高温光谱参数包括:线强、自加宽系数、温度系数可提高燃烧过程中 CO2 浓度的测量精度和可靠性.为了获得可用于燃烧诊断的 CO2 吸收线的高温光谱参数基于可调谐半导体激光吸收光谱技术设计了一套最高温度可达2-0173 K 的精确控温控压气体光谱参数测量系统.采用该系统开展了CO2R(50e)吸收线(中心频率为5007.787cm )的高温光谱测量实验获得了温度范围1212~1873K内多个压强下的纯 CO2 气体的大量高温吸收光谱经热辐射背景扣除、基线拟合、时频转换、多线组合非线性最小二乘法拟合等数据处理过程得到温度范围1212~1873K内CO2R(50e)吸收线的线强、自加宽系数及温度系数其中线强不确定度<1.5%自加宽系数不确定度小于4.5%.这些参数是对现有数据库的补充和完善对燃烧诊断中的CO2浓度检测有很大帮助能够满足燃烧过程中 CO2 浓度精确反演的需求.

摘要：由于NH3在大气气溶胶化学中具有重要作用,所以快速和精确反演NH3浓度对环境问题非常重要.本文以9.05μm的室温连续量子级联激光器(quantum cascade laser,QCL)作为光源,采用波长扫描直接吸收可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,研究了QCL在1103.4 cm–1的光谱特性,获得了激光器控制的温度电流与波长的关系.设计了QCL二级温控的低压实验平台,测量氨气在1103.4 cm–1处的6条混叠吸收线,在降低压强的情况下谱线展宽变小,使混叠光谱分离,由此计算各条吸收线的线强,进一步对测量不确定度进行分析.针对混叠严重的光谱提出了低压分离单光谱精确反演气体浓度的方法,并进行了实验验证.通过与HITRAN数据库进行结果对比,得出氨气在1103.4 cm–1的实验测量线强值与数据库偏差为2.71%-4.71%,实验测量线强值的不确定度在2.42%-8.92%,极低压条件下反演浓度与实际值的偏差在1%-3%.

摘要：氟化氢(HF)是变电站气体绝缘开关进行故障诊断的重要特征气体之一,因此HF气体的高测量精度,快速响应,实时在线检测的方法是工业和环境领域的研究重点之一。结合激光吸收光谱技术和蒙乃尔钢材加工的耐腐蚀多次反射池搭建HF检测实验系统;分析了HF气体在不同温度下的激光吸收光谱特性,根据HITRAN数据库的HF气体配分函数系数得到配分函数曲线和吸收线强曲线;在研究工作中重点设计了结合激光光谱解析和温度参数修正的浓度反演算法以实现气体浓度的准确检测;结合多次反射吸收池的温度特性利用不同浓度配比的HF样气得到连续实验结果。多次反射池加热后并稳定工作在313和323 K时,温度修正前浓度反演的最大相对误差分别为5.33%和5.87%,温度修正后浓度反演的最大相对误差分别为1.20%和1.47%。通过连续检测和计算,系统在323K时HF检出限为8.7×10^(-5)mmol·mol^(-1),高于290K时的检出限6.3×10^(-5)mmol·mol^(-1)(20 m光程)。尽管高温环境下温度修正后的检测误差大于室温情况,但是同一高温下温度修正后的检测误差仍低于未经过温度修正的值。通过该研究证明了本浓度反演算法工作稳定、可靠,可以满足化工生产现场HF实时监测的需求,对于我国工业HF气体的安全排放监管和环境保护起有效的技术支持。

摘要：相关检测技术是实现微弱信号检测的重要方法。本文介绍了该技术在非分散红外CO气体监测系统中的应用，根据相关检测理论，设计了同步相关检测电路，成功地实现了信号和噪声的分离度。实验表明，设计的基于相关检测的CO监测系统在O-200ppm的测量范围内有lOppb的监测精度。

摘要：为了提取淹没在噪声中的弱吸收信号,对波长调制光谱测量中的相敏检测技术进行研究,提出了一种数字化相敏检测实现方案。采用正交矢量型结构实现相敏检测过程,通过硬件电路设计和上位机程序编写,完成吸收信号谐波分量的获取。对空气中的O2进行检测,针对O2位于764nm附近的一对吸收谱线,成功提取了吸收信号的二次谐波分量。结果显示,系统的检测极限体积分数为0.50%(光程为1m)。