水中溶解的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)氣體廣泛參與了自然界的物質(zhì)交換。水中溶解CH4和CO2的濃度分布往往蘊含著附近環(huán)境中能源礦藏和有機物的分布信息。水中溶解氣體與水環(huán)境中動植物的生長存在著密切關(guān)系,也通過水氣交換過程與氣體環(huán)境產(chǎn)生直接聯(lián)系。因此,水中溶解氣體濃度測量是大氣科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)和生態(tài)科學(xué)研究中一種重要的研究手段。離軸積分腔輸出光譜技術(shù)具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、體積小等優(yōu)點,是當(dāng)前水中溶解氣體原位探測技術(shù)的前沿發(fā)展方向。論文圍繞用于水中溶解CH4、CO2氣體濃度和13CH4豐度探測的離軸積分腔輸出光譜原位探測技術(shù)開展研究,研制了一套能夠在深海高壓低溫條件下進(jìn)行連續(xù)探測的高精度原位探測系統(tǒng)。本文介紹了系統(tǒng)所應(yīng)用的光譜測量和信號處理等技術(shù)原理,并以此為依據(jù)提出了一套系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案中使用了一個腔鏡反射率高達(dá)99.999%的高精細(xì)度光學(xué)諧振腔,基于該腔的吸收光譜有效光程長達(dá)約二十公里。在系統(tǒng)內(nèi)溫度壓力控制單元的控制作用下,光腔內(nèi)氣體的溫度和壓力能夠保持穩(wěn)定,使得譜線參數(shù)在測量中不發(fā)生變化。自主研制的光譜測量單元采用光開關(guān)和嵌入式計算機軟件控制結(jié)合的方案,能夠?qū)崿F(xiàn)對多個不同氣...

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 水中溶解氣體研究意義
    1.2 水中溶解氣體探測技術(shù)
    1.3 離軸積分腔輸出光譜原位探測技術(shù)
    1.4 研究目標(biāo)和主要研究內(nèi)容
第2章 技術(shù)原理
    2.1 吸收光譜
    2.2 光學(xué)諧振腔
    2.3 腔增強吸收光譜技術(shù)
    2.4 光腔的輸出特性
    2.5 噪聲和靈敏度
    2.6 光敏元件
    2.7 信號處理算法
    2.8 小結(jié)
第3章 水中溶解CO₂、CH₄和¹³CH₄原位光譜分析儀的研制
    3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.2 溫度壓力控制單元
    3.3 光腔單元設(shè)計
    3.4 光譜測量單元設(shè)計
    3.5 多組分同時探測技術(shù)
    3.6 信號處理算法研究
    3.7 系統(tǒng)集成與調(diào)試
    3.8 水氣分離裝置
    3.9 小結(jié)
第4章 系統(tǒng)標(biāo)定與驗證實驗
    4.1 系統(tǒng)標(biāo)定和檢測精度
    4.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試
    4.3 海上外場實驗
    4.4 小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 未來展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3880730