大氣生物氣溶膠存在于對(duì)流層,其主要由細(xì)菌、真菌、病毒和塵螨等微小有機(jī)粒子構(gòu)成。與普通的氣溶膠相比,它們?cè)诳諝庵械臄U(kuò)散、傳播會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成更大的危害,例如人類、動(dòng)植物之間流行性疾病的傳播,對(duì)生物氣溶膠的探測(cè)已經(jīng)刻不容緩。激光雷達(dá)作為一種新型的遙感探測(cè)手段,具有很高的測(cè)量精確度以及高時(shí)空分辨能力。結(jié)合激光誘導(dǎo)生物氣溶膠熒光效應(yīng),熒光激光雷達(dá)為大氣生物氣溶膠的遙感探測(cè)提供了強(qiáng)有力的支撐。本論文致力于探測(cè)生物氣溶膠熒光激光雷達(dá)的理論研究,設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一套用于探測(cè)生物氣溶膠的熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)。基于熒光激光雷達(dá)的探測(cè)原理,給出了熒光激光雷達(dá)方程的詳細(xì)解釋以及方程的具體解法。針對(duì)激光誘導(dǎo)熒光雷達(dá)系統(tǒng)中的波長選擇進(jìn)行了一系列性能仿真,分別采用紫外355nm和266nm激光作為激發(fā)光源,構(gòu)建生物氣溶膠熒光激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型。綜合考慮不同激發(fā)波段,臭氧吸收以及太陽背景光等因素對(duì)激光雷達(dá)熒光探測(cè)效果的影響,對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行數(shù)值仿真分析。355nm波段的激發(fā)熒光受白天太陽背景光的影響較大,在進(jìn)行夜間探測(cè)時(shí)可獲得較好效果;而266nm的激發(fā)波段可以很好的抑制背景光影響,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生物氣溶膠的白天有效探測(cè);為實(shí)現(xiàn)全天時(shí)探測(cè)目標(biāo),本研究采用266nm激光作為熒光激勵(lì)源�；诜抡娣治�,本研究搭建了熒光激光雷達(dá)系統(tǒng),通過對(duì)西安上空的生物氣溶膠分布特征連續(xù)觀測(cè)實(shí)驗(yàn),測(cè)得大氣生物熒光信號(hào)的有效波段;并得到米-瑞利信號(hào)的最大有效探測(cè)距離約為2.5km,熒光信號(hào)的最大有效探測(cè)距離約為0.9km,同時(shí)反演得到氣溶膠消光系數(shù)廓線及生物氣溶膠粒子數(shù)濃度廓線,粒子濃度最大可達(dá)5340個(gè)顆粒/m3。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性,為長期實(shí)驗(yàn)觀測(cè)做好鋪墊。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN958.98
【部分圖文】：

由于監(jiān)測(cè)過程剔除了背景噪聲，使點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有較高的探測(cè)靈敏度。這類儀器通常??會(huì)受氣泵功率的影響，造成檢測(cè)通量較小，覆蓋率短且成本高，故探測(cè)高度具有一定的局??限性。圖１－２就是以點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探測(cè)方式研制而成的兩種儀器，分別是ＴＳＩ９５００粒子計(jì)數(shù)器??和布魯克ＶｅｒｏＴｅｃｔ生物氣镕膠實(shí)時(shí)探測(cè)器。??針對(duì)上述探測(cè)手段的不足，為實(shí)現(xiàn)低空大氣生物氣溶膠粒子濃度及種類的有效甄別，??提出了利用激光遙感技術(shù)探測(cè)生物氣溶膠的方法，即熒光激光雷達(dá)，相對(duì)于傳統(tǒng)探測(cè)機(jī)制，??該方法可獲得更大的探測(cè)范圍。??（３）熒光激光雷達(dá)探測(cè)??圖１－３熒光激光雷達(dá)系統(tǒng)??Ｆｉｇ?１－３?Ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ?ｒａｄａｒ?ｄｅｔｅｃｔｏｒ??熒光激光雷達(dá)主要是由激光器、＿遠(yuǎn)鏡、分光系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和一些輔助ｊ：具組成，其??探測(cè)利用的是激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)對(duì)生物氣溶膠的探測(cè)分析，??紫外激光誘導(dǎo)熒．光（ＵＶ－ＬＩＦ，Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ?Ｌａｓｅｒ?Ｉｎｄｕｃｅｄ?Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）指的是無論生物粒子??Ｃ真菌、病毒）還是非生物粒子（霧霾、灰塵），其熒光光譜都有著固定的特征形式［３９］，??對(duì)所采集到的氣溶膠熒光光譜和目前存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，就能夠推斷出所需要的相??關(guān)大氣參數(shù)和其中生物粒子的種類。生物氣溶膠遙測(cè)技術(shù)目前最有可能實(shí)現(xiàn)的就是利用激??４??

受激分子從最初始的平衡態(tài)躍遷到更高一能級(jí)的激發(fā)態(tài)Ｓｉ或ｓ２?（由分子結(jié)構(gòu)及吸收能量??的大小所決定），由于受激分乎極不穩(wěn)定，會(huì)迅速釋放光子返回到基態(tài)（Ｓ。）。上述過程稱??之為能量弛豫，所釋放的光子稱為熒光，其能級(jí)躍迀過程的示意圖如圖２－１所示＞＞?熒光效??應(yīng)的產(chǎn)生過程主要包括以下個(gè)步驟：??（１）

受激分子從最初始的平衡態(tài)躍遷到更高一能級(jí)的激發(fā)態(tài)Ｓｉ或ｓ２?（由分子結(jié)構(gòu)及吸收能量??的大小所決定），由于受激分乎極不穩(wěn)定，會(huì)迅速釋放光子返回到基態(tài)（Ｓ。）。上述過程稱??之為能量弛豫，所釋放的光子稱為熒光，其能級(jí)躍迀過程的示意圖如圖２－１所示＞＞?熒光效??應(yīng)的產(chǎn)生過程主要包括以下個(gè)步驟：??（１）
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本文編號(hào)：2853405