陸地或海洋與大氣之間的能量和物質(zhì)交換的定量研究,特別是二氧化碳（CO₂）交換通量的監(jiān)測(cè),對(duì)研究全球碳循環(huán)以及氣候變化具有重要意義�；谥苯游展庾V技術(shù)和導(dǎo)數(shù)吸收光譜技術(shù),采用收發(fā)一體式光學(xué)系統(tǒng),研制了開放式CO₂在線探測(cè)樣機(jī),測(cè)量區(qū)域可達(dá)到km量級(jí)。利用Allan方差分析了系統(tǒng)檢測(cè)限,當(dāng)積分時(shí)間達(dá)到100 s時(shí),檢測(cè)限為0.08×10^-6。使用不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體,驗(yàn)證了二階導(dǎo)數(shù)光譜用于濃度反演方法的可行性,得到相關(guān)性為0.998。樣機(jī)在深圳市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月,探測(cè)結(jié)果具有明顯的日變化周期性。與安裝于附近不同點(diǎn)位的Licor7550-CO₂監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比,數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)吻合,且樣機(jī)穩(wěn)定性更優(yōu)。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

一個(gè)月連續(xù)監(jiān)測(cè)CO2數(shù)據(jù)

圖1為開放光路CO2探測(cè)樣機(jī)示意圖。它由角反射鏡、離軸拋物面鏡、激光器、驅(qū)動(dòng)溫控電路、電子硬件控制電路板、DAQ采集模塊、光纖與計(jì)算機(jī)等組成。驅(qū)動(dòng)溫控電路驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)射激光,激光經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后出射,被角反射鏡反射回來(lái),通過(guò)離軸拋物面鏡聚焦到InGaAs光電探測(cè)器上完成光電轉(zhuǎn)換,經(jīng)I-V轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)分成兩路,一路與DAQ采集模塊(16bits-ADC)連接,進(jìn)行采集處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字光譜,通過(guò)光譜擬合算法,得到CO2氣體分子的吸光度,再進(jìn)行反演計(jì)算,得到CO2氣體的分壓,結(jié)合大氣壓數(shù)據(jù),得到CO2濃度;另一路電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)二階微分處理得到導(dǎo)數(shù)光譜信號(hào),由微控制器ADC(12bits-ADC)采集計(jì)算峰值,最后將消除光強(qiáng)的結(jié)果通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)保存。3.1 吸收譜線選取

選取吸收光譜時(shí),主要考慮兩點(diǎn):譜線的相互干擾及譜線強(qiáng)度。譜線相互干擾主要包括相鄰譜線的干擾以及不同氣體分子在同一位置的譜線干擾;譜線強(qiáng)度決定了系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度,強(qiáng)度越高,系統(tǒng)靈敏度越高。根據(jù)HITRAN2012數(shù)據(jù)庫(kù),選取了CO2分子在1.57 μm附近的吸收帶,模擬了溫度T=296 K,壓力P=1.01×105 Pa,光程L=700 m,CO2=400×10-6,H2O=2%的吸收強(qiáng)度,其結(jié)果如圖2所示�？梢钥闯�,在6 356 cm-1波數(shù)附近(即1 573.3 nm),CO2的吸收較強(qiáng),且水汽的干擾較弱,因此選用該波數(shù)用于探測(cè)。

【參考文獻(xiàn)】：
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