本文關(guān)鍵詞：基于光聲光譜技術(shù)氣溶膠光吸收系數(shù)在線檢測裝置的研究

  更多相關(guān)文章： 光聲光譜 大氣氣溶膠 吸收系數(shù) 溯源 小型化

【摘要】：大氣氣溶膠粒子作為地球-大氣系統(tǒng)的重要組成部分,由于其散射太陽輻射、吸收地球輻射及其和云之間的相互作用對氣候及輻射產(chǎn)生顯著影響。同時,氣溶膠也是環(huán)境監(jiān)測的重要對象,是霧霾的關(guān)鍵成因,霧霾嚴重影響環(huán)境能見度。氣候強迫和能見度主要取決于氣溶膠的光學特性。因此,對大氣氣溶膠的光學吸收特性的精確測量具有非常重要的意義。光聲光譜技術(shù)是一種新型的痕量氣體檢測法,因其可直接在線檢測自然懸浮狀態(tài)的氣溶膠粒子,無需對粒子進行分離處理,且不受粒子散射影響等優(yōu)點,被公認為是研究氣溶膠光吸收特性的有效方法。本文基于光聲光譜技術(shù)的理論指導,研發(fā)了一臺用于大氣氣溶膠光學吸收系數(shù)在線檢測的小型化光聲檢測裝置。通過設(shè)計高性能的光聲池,在光聲池達到較高Q值的同時又使其諧振頻率不易受外界環(huán)境溫濕度影響,免去了經(jīng)常標定光聲池的必要性;通過抑制檢測裝置的整體噪聲,有效提高了檢測裝置的靈敏度并降低了檢測極限。本文利用研制的小型化裝置,首先對該檢測裝置進行了性能分析,給出了儀器的響應(yīng)時間、檢測靈敏度和檢測極限,其次對該儀器進行溯源和不確定度分析,隨后使用該儀器測試了人為燃燒產(chǎn)生黑碳氣溶膠驗證了該儀器測試氣溶膠吸收系數(shù)的可行性;接著測試了室外大氣氣溶膠光吸收系數(shù),發(fā)現(xiàn)出行早晚高峰過后吸收系數(shù)會增大;最后,使用該儀器和杭州市鳳凰山氣象站做了為期一周的對比測試,給出了En值。本論文的主要工作有:1.研發(fā)了一臺用于大氣氣溶膠光吸收系數(shù)在線檢測的小型化光聲檢測裝置。與傳統(tǒng)的光聲系統(tǒng)相比:在產(chǎn)生激光調(diào)制信號方面,我們采用了可以發(fā)出方波信號的數(shù)據(jù)采集卡代替了函數(shù)發(fā)生器;在數(shù)據(jù)處理方面,我們使用了高速的數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合使用上位機軟件LabVIEW編寫的測試程序代替了鎖相放大器進行光聲信號的鎖相提取運算,極大地簡化了系統(tǒng)裝置,減小了系統(tǒng)體積,更適合現(xiàn)場測量及市場推廣。2.本文通過設(shè)計高性能的光聲池,使光聲池在達到較高Q值的同時確保其諧振頻率不易受環(huán)境溫濕度的影響,免去了經(jīng)常校準光聲池的必要性。3.在噪聲處理方面,本文通過對光聲池兩端的窗口片進行鍍膜處理降低窗口片的吸收噪聲,使用消聲器控制氣管的振動噪聲,從而降低了系統(tǒng)整體噪聲,提高系統(tǒng)靈敏度,降低系統(tǒng)檢測極限。4.在裝置校準方面,與傳統(tǒng)的光聲系統(tǒng)使用標準氣體校準的方法相比,本文直接使用室內(nèi)空氣作為標定氣體,以室內(nèi)空氣中的二氧化碳氣體作為吸收物質(zhì)校準裝置。該校準方法使用的緩沖氣體和實際測量大氣氣溶膠時的緩沖氣體基本一致,結(jié)果更為真實、準確,且無需額外制備和攜帶標準氣體。5.本文提出了基于光聲光譜技術(shù)的氣溶膠光吸收系數(shù)在線檢測裝置并給出裝置的溯源體系并進行不確定度評定。
【關(guān)鍵詞】：光聲光譜 大氣氣溶膠 吸收系數(shù) 溯源 小型化
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X851
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 1 緒論14-19
• 1.1 研究背景和意義14-15
• 1.2 大氣氣溶膠對氣候的影響15-16
• 1.3 氣溶膠來源和種類16
• 1.4 黑碳氣溶膠16-17
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容17-19
• 2 理論基礎(chǔ)19-38
• 2.1 粒子吸收光原理19-24
• 2.1.1 小粒子的吸收和散射21-22
• 2.1.2 球形粒子的吸收和散射22-23
• 2.1.3 非球形粒子的散射和吸收23-24
• 2.2 光聲效應(yīng)24
• 2.2.1 光聲效應(yīng)的發(fā)展歷程24
• 2.3 光聲信號的產(chǎn)生24-38
• 2.3.1 熱的產(chǎn)生24-26
• 2.3.2 聲波的產(chǎn)生26-34
• 2.3.3 能量損失機制34-36
• 2.3.4 品質(zhì)因子36-38
• 3 光聲檢測裝置研制38-60
• 3.1 光聲檢測裝置搭建38-40
• 3.2 關(guān)鍵器件選型及參數(shù)40-44
• 3.2.1 激光器選型40-41
• 3.2.2 麥克風選型41-43
• 3.2.3 數(shù)據(jù)采集卡選型43-44
• 3.3 光聲池設(shè)計44-47
• 3.4 測試程序設(shè)計47-49
• 3.4.1 LabVIEW程序簡介47-48
• 3.4.2 程序設(shè)計48-49
• 3.5 系統(tǒng)噪聲分析及改進49-51
• 3.5.1 系統(tǒng)噪聲49-51
• 3.6 分子吸附和解吸作用的影響51-52
• 3.7 光聲池標定52-55
• 3.7.1 諧振頻率標定53-54
• 3.7.2 池常數(shù)計算54-55
• 3.8 光聲檢測裝置能分析55-57
• 3.8.1 光聲檢測裝置響應(yīng)時間55-56
• 3.8.2 光聲檢測裝置的靈敏度56-57
• 3.8.3 光聲檢測裝置的檢測極限57
• 3.9 光聲檢測裝置溯源及不確定度分析57-59
• 小結(jié)59-60
• 4 氣溶膠吸收系數(shù)測試60-64
• 4.1 人為燃燒塑料產(chǎn)生的黑煙氣溶膠測試60-61
• 4.2 大氣氣溶膠實測61
• 4.3 和氣象站進行對比測試61-63
• 小結(jié)63-64
• 5 總結(jié)和展望64-66
• 總結(jié)64-65
• 展望65-66
• 參考文獻66-70
• 作者簡歷70

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張文華;陶申鑫;梁保英;;某市氣溶膠的分布特征研究[J];上海環(huán)境科學;1993年02期

2 崔祖強;鄭志宏;;從歸一化植被指數(shù)提取氣溶膠光學信息[J];廣東氣象;2006年02期

3 叢丕福;曲麗梅;陳艷攏;張豐收;張昕陽;;渤黃海上空氣溶膠遙感探測與分析[J];海洋環(huán)境科學;2008年S2期

4 ;第七屆亞洲氣溶膠會議在西安召開[J];科學通報;2011年26期

5 張群英 ,吳德強;指數(shù)過濾規(guī)律假設(shè)在多分散度钚氣溶膠濃度監(jiān)測中的適用性考察[J];輻射防護;1983年06期

6 石志俠;蘇萬新;;氣溶膠采樣技術(shù)簡介(一)[J];輻射防護通訊;1986年02期

7 尤一安,馬英,梁保英,黃振華,楊立進;滬寧沿江地區(qū)氣溶膠可溶鹽的分布特征與來源研究[J];電力環(huán)境保護;1997年04期

8 李慶偉;肖凱濤;;氣溶膠采樣過程中流量控制技術(shù)[J];火工品;2008年03期

9 李本綱;冉陽;陶澍;;北京市氣溶膠的時間變化與空間分布特征[J];環(huán)境科學學報;2008年07期

10 劉兆平;孫華;;浦口地區(qū)氣溶膠和氣象條件的關(guān)系[J];環(huán)境科學研究;1996年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 陳躍;劉紅杰;楊文;王建平;徐鳴之;武玉忠;楊連英;王晨;;直路式等速負壓多級稀釋氣溶膠風洞檢測系統(tǒng)[A];第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學會議論文集（Ⅱ）[C];2008年

2 楊輝;劉文清;劉建國;陸亦懷;;氣溶膠監(jiān)測紅外激光雷達[A];中國氣象學會2006年年會“大氣成分與氣候、環(huán)境變化”分會場論文集[C];2006年

3 孫貞;徐曉亮;侯忠新;丁鋒;;青島市不同物源性質(zhì)氣溶膠質(zhì)量濃度特征初探[A];第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學會議論文集（Ⅱ）[C];2008年

4 吳艷敏;王旭輝;劉龍波;張自祿;;高流速下氣溶膠取樣濾材的性能測試[A];第二屆全國環(huán)境化學學術(shù)報告會論文集[C];2004年

5 介冬梅;胡克;;東北地區(qū)沙塵暴粉塵氣溶膠的成分組成與來源分析[A];大氣氣溶膠科學技術(shù)研究進展——第八屆全國氣溶膠會議暨第二屆海峽兩岸氣溶膠科技研討會文集[C];2005年

6 司福祺;劉建國;謝品華;玉鈞;劉文清;;近地面大氣氣溶膠差分吸收光譜技術(shù)監(jiān)測研究[A];第九屆全國氣溶膠會議暨第三屆海峽兩岸氣溶膠技術(shù)研討會論文集[C];2007年

7 黃憲果;涂俊;穆龍;陳功;游澤云;張德馨;;钚氣溶膠快速測量技術(shù)研究[A];全國放射性流出物和環(huán)境監(jiān)測與評價研討會論文匯編[C];2003年

8 楊輝;劉文清;陸亦懷;;一種氣溶膠監(jiān)測激光雷達[A];中國氣象學會2007年年會大氣成分觀測、研究與預報分會場論文集[C];2007年

9 孫紅亮;;淺談核燃料廠固定空氣取樣系統(tǒng)設(shè)[A];中國核學會核化工分會成立三十周年慶祝大會暨全國核化工學術(shù)交流年會會議論文集[C];2010年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 陳炳龍;基于轉(zhuǎn)動拉曼散射和星載CALIOP數(shù)據(jù)的氣溶膠高精度反演方法[D];北京理工大學;2015年

2 吳良海;基于多光譜多角度偏振測量的大氣氣溶膠反演研究[D];合肥工業(yè)大學;2015年

3 王耀庭;基于遙感與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的城市氣溶膠定量反演研究[D];南京師范大學;2006年

4 胡引翠;氣溶膠多尺度定量遙感監(jiān)測及其網(wǎng)格計算研究[D];中國科學院研究生院（遙感應(yīng)用研究所）;2006年

5 張子輝;云與氣溶膠探測技術(shù)研究[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2015年

6 周碧;黃土高原半干旱區(qū)氣溶膠輻射特性觀測研究[D];蘭州大學;2012年

7 唐家奎;基于MODIS數(shù)據(jù)氣溶膠反演建模與網(wǎng)格計算中間件研究[D];中國科學院研究生院（遙感應(yīng)用研究所）;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 許繼爽;基于MODIS數(shù)據(jù)的城市地區(qū)AOD及PM2.5質(zhì)量濃度反演[D];東北大學;2014年

2 張守忠;超臨界法PM2.5氣溶膠制備實驗研究[D];青島科技大學;2016年

3 劉芷君;東亞冬季風對氣溶膠傳輸分布的影響研究[D];南京大學;2016年

4 武文娟;基于modis數(shù)據(jù)的氣溶膠反演及其與心腦血管死亡率的關(guān)系研究[D];西南交通大學;2016年

5 龐博;碳質(zhì)氣溶膠監(jiān)測方法對比及北京碳質(zhì)氣溶膠特征研究[D];南京信息工程大學;2016年

6 吳海燕;基于CE-318和MODIS的南寧市氣溶膠特性及區(qū)域效應(yīng)分析[D];廣西師范學院;2016年

7 張楓;γ譜法監(jiān)測放射性氣溶膠[D];南華大學;2016年

8 林曉露;基于光聲光譜技術(shù)氣溶膠光吸收系數(shù)在線檢測裝置的研究[D];中國計量學院;2016年

9 謝江霞;中國大陸地區(qū)氣溶膠衛(wèi)星遙感產(chǎn)品驗證研究[D];蘭州大學;2008年

10 王沫威;長春市氣溶膠光學特性的反演與分析[D];東北師范大學;2011年

，

本文編號：1110519