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基于光纤耦合宽带LED光源的Herriott池测量NO2的研究 预览
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作者 曹渊 田兴 +4 位作者 程刚 刘锟 王贵师 朱公栋 高晓明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第16期188-194,共7页
本文针对气溶胶吸收光声光谱仪需用较高浓度二氧化氮(NO2)进行标定的需求,开展了基于光纤耦合宽带LED光源的Herriott型多通池测量NO2的研究,解决了NO2的简便、快速和高精度测量问题.首先依据光线传输理论、仿真分析了Herriott型多通池,... 本文针对气溶胶吸收光声光谱仪需用较高浓度二氧化氮(NO2)进行标定的需求,开展了基于光纤耦合宽带LED光源的Herriott型多通池测量NO2的研究,解决了NO2的简便、快速和高精度测量问题.首先依据光线传输理论、仿真分析了Herriott型多通池,并采用优化的仿真结果设计了有效光程为26.1 m的光学多通吸收池,以增强吸收池内待测NO2气体的光吸收.针对LED光源的发光面、发散角大,常规准直的输出光难于在Herriott型多通池内来回传输的问题,本研究中将LED光源的输出光耦合进入一根单模光纤,然后用透镜准直后导入光学多通吸收池中,实现基于光学多通吸收池的宽带LED吸收光谱测量NO2浓度,最终实现了对NO2检测浓度极限1μmol/mol的预期设计值,对46μmol/mol的NO2测量结果表明,测量精度达到0.1%.最后开展了此NO2测量系统与气溶胶吸收光声光谱仪同时测量不同浓度NO2的观测研究,结果表明所测量NO2浓度与光声光谱信号呈现出很好的线性关系,线性度优于99.9%.基于宽带LED光源和Herriott型多通池的NO2测量系统,具有价格低廉、结构简单和易用的特点,可以满足NO2吸收法标定气溶胶吸收光声光谱仪的需求,也可用于化工领域对NO2的快速分析测量. 展开更多
关键词 宽带 LED 光源 吸收池 宽带吸收光谱 二氧化氮
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用于近红外宽带腔增强吸收光谱的小波去噪
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作者 姚丹 郑凯元 +3 位作者 刘梓迪 李俊豪 郑传涛 王一丁 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期395-402,共8页
为了有效抑制检测系统的噪声,提高气体浓度的反演精度,研究了近红外宽带腔增强气体传感系统的小波去噪方法。小波去噪方法的优化分析结果表明,选择db2小波函数作为小波基对含噪信号进行6级分层处理,并选择heursure阈值估计方法,采用局... 为了有效抑制检测系统的噪声,提高气体浓度的反演精度,研究了近红外宽带腔增强气体传感系统的小波去噪方法。小波去噪方法的优化分析结果表明,选择db2小波函数作为小波基对含噪信号进行6级分层处理,并选择heursure阈值估计方法,采用局部阈值方式对噪声部分小波系数进行置零处理,可达到最优去噪效果。将近红外宽带腔增强吸收光谱技术与高分辨率傅里叶变换红外光谱仪相结合,建立了用于甲烷检测的气体传感系统,使用最小二乘拟合算法对去噪前后的甲烷吸收系数进行反演。结果表明,采用小波去噪后,反演浓度更接近真实值,反演精度提高7%,信噪比提高90%,系统检测下限降低45%,证明小波去噪算法可以有效提高系统的检测精度。 展开更多
关键词 光谱学 宽带腔增强吸收光谱 红外光谱 小波去噪 气体传感器
水汽吸收对基于宽带腔增强吸收光谱的NO3自由基测量的影响 被引量:1
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作者 孔维平 吴涛 +5 位作者 聂玮 徐政 赖荣 何兴道 陈卫东 陈忠平 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期402-410,共9页
非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术凭借其高选择性、高灵敏度、高时空分辨率等优势而逐渐成为NO3自由基的主要测量方法之一。然而其使用的光谱仪分辨率有限,不足以分辨水汽的精细吸收结构,导致水汽的吸收非线性,进而影响NO3自由基... 非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术凭借其高选择性、高灵敏度、高时空分辨率等优势而逐渐成为NO3自由基的主要测量方法之一。然而其使用的光谱仪分辨率有限,不足以分辨水汽的精细吸收结构,导致水汽的吸收非线性,进而影响NO3自由基浓度的准确反演。介绍了一种基于插值法获取水汽有效吸收截面的方法,并将其用于消除IBBCEAS装置中水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰。利用不同浓度的水汽吸收谱结合插值法获得了水汽的有效吸收截面,使用该有效吸收截面来反演不同浓度的水汽,反演结果与商用湿度计测量结果的线性相关系数为0.99789。在此基础上测量并拟合了不同水汽浓度下NO3自由基和NO2气体的吸收,在拟合残差上未发现水汽残余结构,水汽反演结果与商用湿度计测量值的线性相关系数为0.999。在30 s的积分时间内,NO3自由基和NO2的探测极限分别为5.8×10-12和3.6×10-9。将本装置应用于夜间大气中进行NO3自由基和NO2浓度的测量,测得NO3自由基体积分数为18.4×10-12~22.9×10-12,平均体积分数为20.2×10-12,NO2体积分数为0.6×10-9~16.0×10-9,平均体积分数为9.9×10-9。实验结果表明:利用插值法获得的水汽的有效吸收截面能够有效消除水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰,提高NO3自由基和NO2气体浓度测量的准确度。 展开更多
关键词 光谱学 非相干宽带腔增强吸收光谱 NO3自由基 水汽有效吸收截面
宽带腔增强吸收光谱法测量大气No2定标方法研究 预览 被引量:1
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作者 凌六一 韦颖 +2 位作者 黄友锐 胡仁志 谢品华 《光谱学与光谱分析》 CSCD 北大核心 2018年第3期670-675,共6页
非相干宽带腔增强吸收光谱法定量探测大气痕量气体浓度需要准确定标。以定量探测大气No2为目的,建立了基于蓝色发光二极管光源的非相干宽带腔增强吸收光谱测量系统,研究了(1)仅使用浓度已知的N02吸收光谱、(2)同时使用浓度已知的N02和... 非相干宽带腔增强吸收光谱法定量探测大气痕量气体浓度需要准确定标。以定量探测大气No2为目的,建立了基于蓝色发光二极管光源的非相干宽带腔增强吸收光谱测量系统,研究了(1)仅使用浓度已知的N02吸收光谱、(2)同时使用浓度已知的N02和纯氧气中氧气二聚体02—02吸收光谱、(3)利用纯氮气和纯氦气的瑞利散射消光差异等三种方法,分别获取非相干宽带腔增强吸收光谱在430~490nm波段的镜片反射率定标曲线。三种方法得到的镜片反射率最大值对应波长均约为460nm,但这些最大值存在一定差异,分别为0.99925,0.99933和0.99937。利用N02样气吸收测量对比了三种定标方法,发现方法(1)与另外两种方法的测量结果不一致性分别约为14%和19%,而后两种方法所测结果的不一致性仅为4%。测量结果表明,N02标准气体浓度的不准确性以及壁损耗等因素恶化了方法(1)的定标精度,应尽量避免使用该定标方法。通过对实际大气中N02和02—02在440~4858以波段内的同时测量,进一步验证了非相干宽带腔增强吸收光谱法的高灵敏度以及所用标定方法的有效性。 展开更多
关键词 非相干宽带腔增强吸收光谱 大气No2 定标方法 发光二极管
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基于O2-O2吸收的非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法研究 预览
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作者 凌六一 谢品华 +5 位作者 林攀攀 黄友锐 秦敏 段俊 胡仁志 吴丰成 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第13期82-88,共7页
针对传统非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法的定量结果易受镜片反射率标定误差的影响问题,提出了一种基于测量大气O2-O2吸收的浓度反演方法。该方法是将非相干宽带腔增强吸收光谱技术的光学增强腔等效成吸收光程不随波长变化的多... 针对传统非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法的定量结果易受镜片反射率标定误差的影响问题,提出了一种基于测量大气O2-O2吸收的浓度反演方法。该方法是将非相干宽带腔增强吸收光谱技术的光学增强腔等效成吸收光程不随波长变化的多次反射池,首先根据测得的宽带腔增强大气吸收谱和参考谱计算出光学厚度,并应用差分光学吸收光谱算法拟合修正后的气体吸收截面到光学厚度,反演得到大气中O2-O2以及被测气体的柱浓度,然后根据O2-O2在大气中的含量已知且相对稳定这一特性,确定出等效多次反射池的吸收光程,最后从被测气体的柱浓度中扣除吸收光程信息得到被测气体的浓度值。以监测大气中NO2实验为例,应用该方法在454—487 nm波段反演得到了大气NO2的浓度(1—30 ppbv范围内),并将反演结果与传统浓度反演方法的结果进行了对比,发现两者的不一致性在7%以内。实验结果表明,非相干宽带腔增强吸收光谱技术可以利用大气O2-O2的吸收来定量其他被测气体的浓度,而且定量结果对镜片反射率的标定误差不敏感。 展开更多
关键词 非相干宽带腔增强吸收光谱技术 浓度反演 大气O2-O2 NO2探测
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NO2分子高灵敏度痕量探测技术研究 预览 被引量:3
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作者 董美丽 徐学哲 +6 位作者 赵卫雄 顾学军 胡长进 盖艳波 高晓明 黄伟 张为俊 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期264-269,共6页
搭建了一台基于蓝光LED的非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于NO2分子的高灵敏度痕量探测研究。在3s采样时间下,系统探测灵敏度为3.2×10-9 cm-1(1σ),对应NO2的探测极限约为187pmol/mol。利用Allan方差对系统最佳采样时间... 搭建了一台基于蓝光LED的非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于NO2分子的高灵敏度痕量探测研究。在3s采样时间下,系统探测灵敏度为3.2×10-9 cm-1(1σ),对应NO2的探测极限约为187pmol/mol。利用Allan方差对系统最佳采样时间及系统稳定性进行分析,当采样时间延长至30s时,系统的探测极限可提高至44pmol/mol。将该系统应用于实际大气中NO2的连续测量,其测量结果与商业化NOx分析仪(Thermo 42i)进行了比对测试。 展开更多
关键词 激光光谱 非相干宽带腔增强吸收光谱 NO2分子 高灵敏度痕量探测
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近紫外非相干宽带腔增强吸收光谱应用于C1原子启动的光化学反应过程中0C10及CH20的探测 预览
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作者 董美丽 赵卫雄 +6 位作者 黄明强 陈卫东 胡长进 顾学军 裴世鑫 黄伟 张为俊 《化学物理学报》 SCIE CAS CSCD 2013年第2期133-139,I0003共8页
OClO是CI原子活性的一个重要的指示剂,对OClO的检测有利于更好的理解C1原子的化学反应过程及其对沿海及工业污染地区空气质量的影响.本工作建立了一套基于氙灯的近紫外(335-375nm)非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于烟雾箱... OClO是CI原子活性的一个重要的指示剂,对OClO的检测有利于更好的理解C1原子的化学反应过程及其对沿海及工业污染地区空气质量的影响.本工作建立了一套基于氙灯的近紫外(335-375nm)非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于烟雾箱中OCl0的定量测量研究,同时测量了反应过程中重要的中间产物CH20及大气中重要的痕量气体NO2.结果表明,非相干宽带腔增强吸收光谱可应用于实验室大气卤素化学方面的研究. 展开更多
关键词 非相干宽带腔增强吸收光谱 近紫外 OCIO CH20
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开放光路非相干宽带腔增强吸收光谱技术测量大气N2 被引量:8
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作者 凌六一 谢品华 +4 位作者 秦敏 胡仁志 方武 郑尼娜 司福祺 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期274-280,共7页
采用蓝色发光二极管(LED)作为非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)系统光源,测量了436~470nm波段内NO2样气的吸收,验证IBBCEAS的高探测灵敏度。通过氮气和氦气两者瑞利散射截面的差异标定了镜片在430~490nm波段内的反射率,并... 采用蓝色发光二极管(LED)作为非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)系统光源,测量了436~470nm波段内NO2样气的吸收,验证IBBCEAS的高探测灵敏度。通过氮气和氦气两者瑞利散射截面的差异标定了镜片在430~490nm波段内的反射率,并利用纯氧中氧气二聚体(O2-O2)在477nm处的吸收验证了镜片反射率标定的准确性。镜片反射率在461nm处最大且为0.99937,光学腔长度为73.5cm时的最大有效光程为1.17km。当光谱采集时间为20s时,NO2的探测灵敏度(1σ)达到了0.25×10^-9。进行了开放光路下环境大气中NO2和O2-O2在454~486nm波段内的吸收测量,结果表明大气中气溶胶等颗粒物的Mie散射消光降低了IBBCEAS仪器的探测灵敏度(1.04×10^-9)。大气中O2-O2的测量为IBBCEAS吸收光程的在线标定提供了一种可行的途径。 展开更多
关键词 大气光学 非相干宽带腔增强吸收光谱技术 开放光路 蓝色发光二极管 大气NO2
基于LED光源的非相干宽带腔增强吸收光谱技术探测HONO和NO_2 被引量:11
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作者 凌六一 秦敏 +5 位作者 谢品华 胡仁志 方武 江宇 刘建国 刘文清 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第14期98-104,共7页
介绍了基于近紫外发光二极管LED(中心波长约372 nm,半高宽13 nm)光源的非相干宽带腔增强吸收光谱技术,同时用于探测痕量气体HONO和NO_2.LED出射光经准直后耦合进入长度为70 cm,由两块高反射率镜片组成的高精密光学腔内.分别测量了氮... 介绍了基于近紫外发光二极管LED(中心波长约372 nm,半高宽13 nm)光源的非相干宽带腔增强吸收光谱技术,同时用于探测痕量气体HONO和NO_2.LED出射光经准直后耦合进入长度为70 cm,由两块高反射率镜片组成的高精密光学腔内.分别测量了氮气消光谱和氦气消光谱,通过两者瑞利散射截面的差异而引起光谱强度的变化来标定镜片反射率.在360—390 nm反演波段内,镜片反射率在390 nm处最大且为0.99962,对应测量NO_2/HONO混合物时的最大光程约1.71 km,并利用最小二乘拟合反演出了HONO和NO_2的浓度值.当光谱采集时间为1000 s时,HONO和NO_2的探测灵敏度(1σ)分别为0.6 ppbv和1.9 ppbv.实验结果表明,该技术为实现大气痕量气体的高灵敏度在线监测提供了另一种可能的途径. 展开更多
关键词 大气光学 非相干宽带腔增强吸收光谱技术 近紫外发光二极管 HONO探测
宽带腔增强吸收光谱技术应用于痕量气体探测及气溶胶消光系数测量 被引量:6
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作者 董美丽 赵卫雄 +3 位作者 程跃 胡长进 顾学军 张为俊 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期 113-118,共6页
基于氙灯的非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于痕量气体及气溶胶消光系数的测量.该系统的探测灵敏度通过测量NO_2在520—560 nm波长范围内的吸收得到验证,最小可探测灵敏度为1.8×10~(-7) cm~(-1)(1σ,0.12 s积分时间... 基于氙灯的非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于痕量气体及气溶胶消光系数的测量.该系统的探测灵敏度通过测量NO_2在520—560 nm波长范围内的吸收得到验证,最小可探测灵敏度为1.8×10~(-7) cm~(-1)(1σ,0.12 s积分时间,50次平均),对应的NO_2探测极限~33 nmol/mol.结合标准气溶胶粒子发生系统,测量了不同浓度的单分散硫酸铵气溶胶粒子在532 nm波长处的消光系数,得到粒径为600 nm的硫酸铵气溶胶的消光截面为1.12×10~(-8)cm~2,与文献报道值1.167×10~(-8)cm~2相一致,验证了气溶胶测量的可行性和准确性. 展开更多
关键词 宽带腔增强吸收光谱技术 痕量气体探测 气溶胶光学特性
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