摘要：随着我国油气管道铺设数量的增加,对管道的维护工作也需予以更多的重视.目前,在油气输送站场内,主要采用人工巡检、对射式和云台式检测设备来检测天然气泄漏.但是这些方法存在响应度差、检测区域受限、泄漏点定位较慢等问题.为了满足对油气管道泄漏实时监测和快速定位的需求,本文设计了一种快速、精确控制的双楔形扫描镜系统,结合可调谐半导体激光吸收光谱技术,使得气体测量由原来的点测量转换为面测量.通过反解迭代优化算法,控制楔形镜的转角获得高效均匀的光束扫描轨迹,并将激光束的偏转方向及检测位置与对应的甲烷浓度信息相融合,构建了包含有位置信息的甲烷浓度数据,实现甲烷气体的光谱成像.实验中为了定量验证测量准确度及空间分辨率,通过标准气袋模拟甲烷泄漏分布,结果表明系统的成像浓度检测限小于500 ppm·m(1 ppm=10^(–6)),位置分辨率小于6 cm.同时该方法可以依据油气站场的测量距离调节扫描步进节点,从而实现成像分辨率的可调节,该成像方法为精确定位甲烷气体泄漏提供了新的思路.

摘要：分布式光纤温度传感(Distributed optical fiber Temperature Sensing system,DTS)技术采用通信光纤本身作为传感和信号传输介质,由于可以实现大范围高精准度的温度测量,在众多领域获得广泛应用。针对分布式光纤温度传感主机在野外长期使用过程中面临的智能管控能力的不足,采用STM32F429处理器为核心,设计了应用于DTS的远程云监控模块,以实现低功耗、全时监控、长效检测能力的提升。系统软件部分采用直接存储器访问(DMA)的方式搬运数据,结合RS-232、单总线、SPI协议及4G无线通信进行数据传输,并利用数据预处理算法实现了异常变化温度数据准确上传,并大大减少数据通信流量。模块的电源管理功能可实现电池续航时间提高3.7倍~6.6倍,整体功耗小于12 W。户外长期测试结果表明,基于STM32的DTS远程云监控模块具备工作稳定、数据完整、功耗低等优势,提升了DTS传感主机野外应用的可靠性。

摘要：为实现气溶胶颗粒物的空气动力学粒径及其光学粒径的同时测量,对颗粒物按粒径大小进行分类计数,利用电子学多道存储技术,结合大规模可编程逻辑电路和高速大容量双端口内存芯片,设计了一种高速大容量粒子分类计数存储器。该存储器实现了单一脉冲计数器与特征信号分类计数器的有机结合,其存储容量高达65535道,每道可计数65535个,操作速度可达15ns;而且线路简单,整个电子学多道电路只需要两片MACH435和两片IDT7009芯片。用设计的存储器对空气中空气动力学粒径为0.5～20μm的气溶胶颗粒物进行计数,得到了颗粒物的粒谱分布。该存储器已应用于本研究所自行研发的空气动力学粒谱仪,完全满足仪器连续、实时、在线监测时对存储速度和容量的要求。

摘要：利用飞行时间气溶胶粒子束光谱技术对大气气溶胶粒子粒谱分布进行监测是精确测量大气气溶胶粒子粒径大小及浓度的典型方法。而精确测量气溶胶粒子飞行时间是实现粒径谱精确监测的关键。利用微分法对门限电平比较法进行优化改进,利用信号微分后的零点对应信号最大值的特点,将飞行时间提取中变化的门限电平的比较转换成零电平的比较,设计了一种精确测量气溶胶粒子飞行时间的方法。该力法不但可以忽略因气溶胶粒子大小而引起的散射光强弱变化,而且,即使散射光双峰信号并非理想的对称信号,该方法也能精确地测得飞行时间。

摘要：传统的光学粒子计数方法受到粒子回波脉冲带宽限制,难以直接应用于超细颗粒物凝结增长后端的颗粒物数量检测。基于粒子光散射原理,采用高带宽粒子回波脉冲方案设计了颗粒物光学计数模块,在0.3L·min^-1采样流量下,15μm标准聚苯乙烯颗粒回波脉冲半宽为650ns,粒子计数效率得到有效提高。为了提高颗粒数浓度测量上限与精度,基于概率统计提出了粒子重叠校正方法,利用此方法颗粒物数浓度测量上限可达2×10^5 cm^-3。在自制的正丁醇超细颗粒物凝结增长装置中开展了对比实验。结果表明,该系统与环境空气数浓度测量设备TSI-3788和Airmous-A20的相关性均超过0.98,与机动车尾气固态颗粒物数浓度法规测量设备MEXA-200SPCS的相关性高达0.96,从而验证了所设计的颗粒物光学计数模块及重叠校正方法的准确性。

摘要：为实现奶牛场氨气减排,改善生态环境,需要在线监测氨挥发浓度并准确揭示氨排放特征。采用开放式可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术设计了开放式氨气在线监测系统,结合反演式气体扩散技术开展相关研究,于2013年秋季和冬季在保定市某奶牛厂进行了氨排放浓度在线监测和排放特征分析工作。监测结果表明,秋季氨气浓度峰值为6.11×10-6%,冬季氨气浓度峰值为6.56×10-6%,氨浓度具有日变化趋势,基本呈白天浓度低,夜晚浓度高的特点。由反演气体扩散模型得到秋冬季氨排放特征,氨排放峰值均出现在中午,秋季氨排放速率为1.48~130.6kg/head/hr,冬季氨排放速率为0.004 5~43.32kg/head/hr,秋季的排放速率高于冬季,说明奶牛场尺度下的氨排放存在一定的季节性差异。该方法可以有效获得大范围、高灵敏、免采样、快速气体排放特征结果,为奶牛厂的氨排放监测和科学养殖提供技术支持。

摘要：为了更准确获取反映植物生理状态的荧光动力学曲线,基于光合作用电子传递过程研究了植物光合作用参数测量技术。采用可变光脉冲技术将植物光合作用过程分段为快相与弛豫过程,并测量激发光诱导产生的荧光动力学曲线.对激发光带宽与响应时间进行了定量分析;对I-V转换单元与MFB滤波器进行了设计与仿真分析,获取快相荧光动力学信息;采用同步脉冲采样积分技术,对微弱弛豫荧光进行积分,实现了快相与弛豫荧光动力学曲线的完整测量,并结合非线性拟合算法获取光合作用参数.测试结果表明,系统信噪比达到23.8dB;暗适应与光适应下,本系统所测Fv/Fm与Water-PAM测量结果的线性相关系数分别达到0.980和0.997.该研究结果为植物光合作用研究及过程参数测量提供了一种测量手段.

摘要：基于光谱吸收法的瓦斯实时监测系统的核心器件是开放式光学吸收池,根据矩阵传输理论和q参数的ABCD法则,设计了由2个相对的C-Lens组成的光学吸收池结构,并在ZEMAX的物理光学模式下实现仿真与优化。由理论分析得到结构的初步参数并在ZEMAX中进行优化,并使用合适的优化操作数对像差进行校正,经过逐步优化得到工作距离为100.39 mm的吸收池结构参数。高斯光束从一端光纤输出的束腰半经为5.2μm,经C-Lens聚焦和准直后,耦合到另一端光纤的束腰半经为5.48μm,该光学吸收池对甲烷近红外激光的耦合效率达到92%。通过实验验证了该光学吸收池的稳定性和高耦合效率,适用于甲烷气体的开放式光学气体传感和在线监测。

摘要：为改善气溶胶静电分级器分级测量性能,建立了其传递函数和积分响应理论模型.通过对关键参数理论模拟,设置了静电分级器样气流速、鞘气和样气流速比例等关键参数,并且通过试验对理论模型进行了验证,评价了该静电分级器分级测量性能.模拟结果表明,提高气流流速可以改善静电分级器的分级性能,而鞘气和样气流速比例过大会降低其传输效率,过小则会影响分辨率,流速比例可以设定为5~25.试验结果表明,积分响应理论计算的粒子数浓度与该静电分级器试验测量结果呈线性相关(R2=0. 98).研究显示,该静电分级器测量粒径与预测粒径的误差在5. 0%以内,线性相关(R2=0. 99),且测量多个单分散和多分散粒径浓度谱型与商业化SMPS (scanning mobility particle sizer,扫描电迁移颗粒物粒径谱仪)基本一致,该传递函数和积分响应模型显著提高了静电分级器分级测量性能.

摘要：土壤作为多环芳烃类有机污染物的主要环境归宿,使用传统色谱和荧光光谱分析方法对残留在其中的多环芳烃进行检测常存在局限性,难以满足动态快速监测土壤污染状况的实际需求。为了实现对土壤多环芳烃的快速检测,设计搭建255nm紫外LED诱导荧光光谱检测系统,以䓛、荧蒽、菲和芘4种多环芳烃为研究对象,探讨了不同土壤类型中多环芳烃的LED诱导荧光特性,验证了LED诱导荧光快速检测方法应用于土壤多环芳烃污染物检测的可行性。实验结果表明,在一定的浓度范围内,标准黄土、高岭土中多环芳烃在特征荧光峰处的荧光强度与浓度均呈现出良好的线性相关性(R^(2)>0.98)。在对受多环芳烃污染的实际土样进行检测时,通过建立定点波长浓度反演模型来实现对多环芳烃浓度的定量分析,测试集浓度预测的相对误差基本在理想范围内,对不同多环芳烃土样的平均相对误差最大不超过15.5%。