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(cè)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(yáng)輻射、吸收地球輻射及其和云之間的相互作用對(duì)氣候及輻射產(chǎn)生顯著影響。同時(shí),氣溶膠也是環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要對(duì)象,是霧霾的關(guān)鍵成因,霧霾嚴(yán)重影響環(huán)境能見度。氣候強(qiáng)迫和能見度主要取決于氣溶膠的光學(xué)特性。因此,對(duì)大氣氣溶膠的光學(xué)吸收特性的精確測(cè)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(cè)法,因其可直接在線檢測(cè)自然懸浮狀態(tài)的氣溶膠粒子,無需對(duì)粒子進(jìn)行分離處理,且不受粒子散射影響等優(yōu)點(diǎn),被公認(rèn)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(dǎo),研發(fā)了一臺(tái)用于大氣氣溶膠光學(xué)吸收系數(shù)在線檢測(cè)的小型化光聲檢測(cè)裝置。通過設(shè)計(jì)高性能的光聲池,在光聲池達(dá)到較高Q值的同時(shí)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(biāo)定光聲池的必要性;通過抑制檢測(cè)裝置的整體噪聲,有效提高了檢測(cè)裝置的靈敏度并降低了檢測(cè)極限。本文利用研制的小型化裝置,首先對(duì)該檢測(cè)裝置進(jìn)行了性能分析,給出了儀器的響應(yīng)時(shí)間、檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)極限,其次對(duì)該儀器進(jìn)行溯源和不確定度分析,隨后使用該儀器測(cè)試了人為燃燒產(chǎn)生黑碳?xì)馊苣z驗(yàn)證了該儀器測(cè)試氣溶膠吸收系數(shù)的可行性;接著測(cè)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(huì)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(duì)比測(cè)試,給出了En值。本論文的主要工作有:1.研發(fā)了一臺(tái)用于大氣氣溶膠光吸收系數(shù)在線檢測(cè)的小型化光聲檢測(cè)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(hào)方面,我們采用了可以發(fā)出方波信號(hào)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(jī)軟件LabVIEW編寫的測(cè)試程序代替了鎖相放大器進(jìn)行光聲信號(hào)的鎖相提取運(yùn)算,極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)裝置,減小了系統(tǒng)體積,更適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及市場(chǎng)推廣。2.本文通過設(shè)計(jì)高性能的光聲池,使光聲池在達(dá)到較高Q值的同時(shí)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(zhǔn)光聲池的必要性。3.在噪聲處理方面,本文通過對(duì)光聲池兩端的窗口片進(jìn)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(dòng)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(cè)極限。4.在裝置校準(zhǔn)方面,與傳統(tǒng)的光聲系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)的方法相比,本文直接使用室內(nèi)空氣作為標(biāo)定氣體,以室內(nèi)空氣中的二氧化碳?xì)怏w作為吸收物質(zhì)校準(zhǔn)裝置。該校準(zhǔn)方法使用的緩沖氣體和實(shí)際測(cè)量大氣氣溶膠時(shí)的緩沖氣體基本一致,結(jié)果更為真實(shí)、準(zhǔn)確,且無需額外制備和攜帶標(biāo)準(zhǔn)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(cè)裝置并給出裝置的溯源體系并進(jìn)行不確定度評(píng)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(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(duì)氣候的影響15-16
• 1.3 氣溶膠來源和種類16
• 1.4 黑碳?xì)馊苣z16-17
• 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(hào)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(jī)制34-36
• 2.3.4 品質(zhì)因子36-38
• 3 光聲檢測(cè)裝置研制38-60
• 3.1 光聲檢測(cè)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(fēng)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(jì)44-47
• 3.4 測(cè)試程序設(shè)計(jì)47-49
• 3.4.1 LabVIEW程序簡(jiǎn)介47-48
• 3.4.2 程序設(shè)計(jì)48-49
• 3.5 系統(tǒng)噪聲分析及改進(jìn)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(biāo)定52-55
• 3.7.1 諧振頻率標(biāo)定53-54
• 3.7.2 池常數(shù)計(jì)算54-55
• 3.8 光聲檢測(cè)裝置能分析55-57
• 3.8.1 光聲檢測(cè)裝置響應(yīng)時(shí)間55-56
• 3.8.2 光聲檢測(cè)裝置的靈敏度56-57
• 3.8.3 光聲檢測(cè)裝置的檢測(cè)極限57
• 3.9 光聲檢測(cè)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(cè)試60-64
• 4.1 人為燃燒塑料產(chǎn)生的黑煙氣溶膠測(cè)試60-61
• 4.2 大氣氣溶膠實(shí)測(cè)61
• 4.3 和氣象站進(jìn)行對(duì)比測(cè)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(xiàn)66-70
• 作者簡(jiǎn)歷70

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