近海大尺度區(qū)域二氧化碳的激光在線探測技術(shù)
發(fā)布時間：2021-08-02 04:50
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,對研究全球碳循環(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在線探測樣機,測量區(qū)域可達到km量級。利用Allan方差分析了系統(tǒng)檢測限,當(dāng)積分時間達到100 s時,檢測限為0.08×10-6。使用不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體,驗證了二階導(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。樣機在深圳市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站連續(xù)運行1個月,探測結(jié)果具有明顯的日變化周期性。與安裝于附近不同點位的Licor7550-CO2監(jiān)測儀進行數(shù)據(jù)對比,數(shù)據(jù)變化趨勢吻合,且樣機穩(wěn)定性更優(yōu)。
【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(07)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
一個月連續(xù)監(jiān)測CO2數(shù)據(jù)
圖1為開放光路CO2探測樣機示意圖。它由角反射鏡、離軸拋物面鏡、激光器、驅(qū)動溫控電路、電子硬件控制電路板、DAQ采集模塊、光纖與計算機等組成。驅(qū)動溫控電路驅(qū)動激光器發(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,通過離軸拋物面鏡聚焦到InGaAs光電探測器上完成光電轉(zhuǎn)換,經(jīng)I-V轉(zhuǎn)換后的電壓信號分成兩路,一路與DAQ采集模塊(16bits-ADC)連接,進行采集處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字光譜,通過光譜擬合算法,得到CO2氣體分子的吸光度,再進行反演計算,得到CO2氣體的分壓,結(jié)合大氣壓數(shù)據(jù),得到CO2濃度;另一路電壓信號經(jīng)過二階微分處理得到導(dǎo)數(shù)光譜信號,由微控制器ADC(12bits-ADC)采集計算峰值,最后將消除光強的結(jié)果通過串口發(fā)送給上位機保存。3.1 吸收譜線選取
選取吸收光譜時,主要考慮兩點:譜線的相互干擾及譜線強度。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;譜線強度決定了系統(tǒng)的檢測靈敏度,強度越高,系統(tǒng)靈敏度越高。根據(jù)HITRAN2012數(shù)據(jù)庫,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,且水汽的干擾較弱,因此選用該波數(shù)用于探測。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]種子呼吸CO2濃度檢測系統(tǒng)[J]. 賈良權(quán),祁亨年,胡文軍,趙光武,闞瑞峰. 光學(xué)精密工程. 2019(06)
[2]中國鄰近邊緣海碳通量研究現(xiàn)狀與展望[J]. 劉茜,郭香會,尹志強,周寬波,Elliott Gareth ROBERTS,戴民漢. 中國科學(xué):地球科學(xué). 2018(11)
[3]激光吸收光譜技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程及安全預(yù)警標(biāo)識性氣體監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 張志榮,孫鵬帥,龐濤,李哲,夏滑,崔小娟,吳邊,徐啟銘,董鳳忠. 光學(xué)精密工程. 2018(08)
[4]可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)測量低溫流場水汽露點溫度[J]. 聶偉,許振宇,闞瑞峰,阮俊,姚路,王斌,張步強,何亞柏. 光學(xué)精密工程. 2018(08)
[5]基于二階導(dǎo)數(shù)譜與特征吸收窗的紅外光譜定量檢測方法[J]. 劉茜陽,高楠,杜振輝,李金義,陳超,張宗華. 光譜學(xué)與光譜分析. 2017(06)
[6]基于TDLAS的長光程環(huán)境大氣痕量CO監(jiān)測方法研究[J]. 姚路,劉文清,劉建國,闞瑞峰,許振宇,阮俊,戴云海. 中國激光. 2015(02)
[7]基于量子級聯(lián)激光器的溫室氣體測量方法研究[J]. 魏敏,劉建國,闞瑞峰,王薇,姚路,許振宇,袁松,戴云海,賈良權(quán). 光學(xué)學(xué)報. 2014(12)
[8]可調(diào)諧二極管激光吸收光譜氧氣測量中的導(dǎo)數(shù)光譜處理與濃度反演算法研究[J]. 何俊峰,闞瑞峰,許振宇,段連飛,王小中. 光學(xué)學(xué)報. 2014(04)
[9]大尺度區(qū)域CO2和H2O的激光在線檢測技術(shù)[J]. 何瑩,張玉鈞,王立明,尤坤,孫曉敏,劉振民. 中國激光. 2014(01)
[10]農(nóng)田開放環(huán)境下CO2濃度的激光在線監(jiān)測[J]. 何瑩,張玉鈞,劉建國,宋雪梅,王立明,朱安寧. 大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報. 2010(06)
本文編號：3316925
【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(07)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
一個月連續(xù)監(jiān)測CO2數(shù)據(jù)
圖1為開放光路CO2探測樣機示意圖。它由角反射鏡、離軸拋物面鏡、激光器、驅(qū)動溫控電路、電子硬件控制電路板、DAQ采集模塊、光纖與計算機等組成。驅(qū)動溫控電路驅(qū)動激光器發(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,通過離軸拋物面鏡聚焦到InGaAs光電探測器上完成光電轉(zhuǎn)換,經(jīng)I-V轉(zhuǎn)換后的電壓信號分成兩路,一路與DAQ采集模塊(16bits-ADC)連接,進行采集處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字光譜,通過光譜擬合算法,得到CO2氣體分子的吸光度,再進行反演計算,得到CO2氣體的分壓,結(jié)合大氣壓數(shù)據(jù),得到CO2濃度;另一路電壓信號經(jīng)過二階微分處理得到導(dǎo)數(shù)光譜信號,由微控制器ADC(12bits-ADC)采集計算峰值,最后將消除光強的結(jié)果通過串口發(fā)送給上位機保存。3.1 吸收譜線選取
選取吸收光譜時,主要考慮兩點:譜線的相互干擾及譜線強度。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;譜線強度決定了系統(tǒng)的檢測靈敏度,強度越高,系統(tǒng)靈敏度越高。根據(jù)HITRAN2012數(shù)據(jù)庫,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,且水汽的干擾較弱,因此選用該波數(shù)用于探測。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]種子呼吸CO2濃度檢測系統(tǒng)[J]. 賈良權(quán),祁亨年,胡文軍,趙光武,闞瑞峰. 光學(xué)精密工程. 2019(06)
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[3]激光吸收光譜技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程及安全預(yù)警標(biāo)識性氣體監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 張志榮,孫鵬帥,龐濤,李哲,夏滑,崔小娟,吳邊,徐啟銘,董鳳忠. 光學(xué)精密工程. 2018(08)
[4]可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)測量低溫流場水汽露點溫度[J]. 聶偉,許振宇,闞瑞峰,阮俊,姚路,王斌,張步強,何亞柏. 光學(xué)精密工程. 2018(08)
[5]基于二階導(dǎo)數(shù)譜與特征吸收窗的紅外光譜定量檢測方法[J]. 劉茜陽,高楠,杜振輝,李金義,陳超,張宗華. 光譜學(xué)與光譜分析. 2017(06)
[6]基于TDLAS的長光程環(huán)境大氣痕量CO監(jiān)測方法研究[J]. 姚路,劉文清,劉建國,闞瑞峰,許振宇,阮俊,戴云海. 中國激光. 2015(02)
[7]基于量子級聯(lián)激光器的溫室氣體測量方法研究[J]. 魏敏,劉建國,闞瑞峰,王薇,姚路,許振宇,袁松,戴云海,賈良權(quán). 光學(xué)學(xué)報. 2014(12)
[8]可調(diào)諧二極管激光吸收光譜氧氣測量中的導(dǎo)數(shù)光譜處理與濃度反演算法研究[J]. 何俊峰,闞瑞峰,許振宇,段連飛,王小中. 光學(xué)學(xué)報. 2014(04)
[9]大尺度區(qū)域CO2和H2O的激光在線檢測技術(shù)[J]. 何瑩,張玉鈞,王立明,尤坤,孫曉敏,劉振民. 中國激光. 2014(01)
[10]農(nóng)田開放環(huán)境下CO2濃度的激光在線監(jiān)測[J]. 何瑩,張玉鈞,劉建國,宋雪梅,王立明,朱安寧. 大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報. 2010(06)
本文編號：3316925
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