為了分析青藏高原地區(qū)甲烷濃度的垂直分布,本文采用腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS)設(shè)計了一套高靈敏度的球載甲烷濃度實時測量系統(tǒng),該測量系統(tǒng)在基于DSP的單板電路上實現(xiàn)腔模鎖定、衰蕩信號采集、光譜掃描、數(shù)據(jù)存儲等功能并在DSP上實時處理衰蕩信號、光譜信號和濃度等數(shù)據(jù)。本文首先介紹了CRDS測量原理與采用的光譜處理算法,通過固定高斯線寬的方式改進(jìn)光譜擬合算法,使得濃度計算結(jié)果得到明顯提升。然后,分析了電路系統(tǒng)采集的衰蕩信號與光譜信號,采集的衰蕩信號信噪比達(dá)62 dB,并在實驗室使用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行了標(biāo)定試驗,標(biāo)準(zhǔn)氣體的測量值標(biāo)準(zhǔn)差σ最大為2.2×10^-9,測量值的均方值RMS和標(biāo)準(zhǔn)氣體標(biāo)稱值之間的校正可決系數(shù)為0.998 7。最后,系統(tǒng)進(jìn)行了實際試驗,在西藏魯朗地區(qū)成功實現(xiàn)了從海拔3 340 m到海拔6 000 m的上升和下降過程中甲烷濃度的測量。該系統(tǒng)可以通過改變激光波長與光腔反射鏡測量其他大氣痕量氣體,進(jìn)一步改進(jìn)與優(yōu)化的系統(tǒng)可以應(yīng)用到大氣同位素豐度的測量中。

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

圖1甲烷吸收譜線與干擾氣體譜線仿真

圖1簡單分析了CH4,H2O,CO2在6046～6048cm-1內(nèi)的吸收譜線,其中H2O的濃度根據(jù)283K時0.7×105Pa時大氣的飽和水氣濃度[15]設(shè)定,CO2與CH4濃度以平原地區(qū)大氣中的平均含量設(shè)定。圖中可以看出,H2O在6046.79cm-1和6047....

圖2不同噪聲水平固定與不固定高斯線寬擬合算法的計算濃度結(jié)果比較

在固定高斯線寬與不固定高斯線寬擬合比較的仿真中,設(shè)置甲烷濃度為2×10-6,溫度為296K,氣壓為1.01×105Pa,產(chǎn)生4組幅值分別為0.002,0.006,0.01,0.014的隨機(jī)噪聲,每組200個,光譜信號與4組(每組200個)隨機(jī)噪聲分別相加構(gòu)成4組(每組200個....

圖3球載CRDS測量系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖

CRDS甲烷濃度測量系統(tǒng)搭載在系留球吊艙內(nèi),吊艙是一個密閉空間,外殼由保溫材料制作,腔內(nèi)溫度通過風(fēng)扇和艙內(nèi)輔熱裝置調(diào)節(jié),艙內(nèi)溫度保持在(22±5)℃。通過2.3節(jié)中提到的第一個措施能夠保證光腔內(nèi)氣體的溫度與艙內(nèi)溫度接近,通過第二個措施可以補(bǔ)償溫度的小范圍變化帶來的測量誤差。系留....

圖5CRDS系統(tǒng)測量程序流程

圖4CRDS測量樣機(jī)實物圖圖5是主控芯片TMS320C6748的程序運行流程。儀器上電后,程序先初始化系統(tǒng)外設(shè)接口與電路參數(shù),然后控制DAC微調(diào)激光器的輸入偏置電流使得激光波長與光腔縱模發(fā)生共振,共振發(fā)生后立刻停止電流調(diào)節(jié),此時與光腔縱模共振的激光波長對應(yīng)的偏置電流被鎖定,這個....

本文編號：3947636