基于小波变换的差分吸收光谱数据处理方法

差分光学吸收光谱法(DOAS)已经成为测量大气中微量气体成分含量常用的方法,该方法是通过窄带分子的特征吸收波段来区分微量气体种类;并基于最小二乘原理,利用测量的大气光谱的差分吸收截面与标准的吸收截面进行拟合,确定待测气体的浓度。但在实际测量中由于系统噪声叠加在吸收光谱上,会影响测量精度。差分吸收光谱系统中惯用的方法采用多项式平滑滤波去除噪声,提出利用软阈值小波变换去噪,并对实验结果进行比较,发现软阈值小波去噪,可以提高差分吸收光谱系统的测量精度,降低差分吸收光谱系统的检测限。     

对差分光学吸收光谱法的监测数据进行实时预测研究

差分光学吸收光谱法（DOAS）已经成为测量大气中微量气体浓度广泛应用的方法.通过对大气差分吸收光谱的分析可以得到它们的浓度.但在恶劣气候条件下，DOAS系统不能获得连续的实时监测数据，因此不能满足我国环境监测条例对环境监测子站的要求.文中提出了一种利用逐步回归分析的方法，对DOAS系统的监测数据进行实时预测.通过大量的对比实验表明，利用该方法得到的预测结果与实际测量结果一致，目前该技术已经被应用于DOAS监测仪器中. 关键词： 差分光学吸收光谱法（DOAS） 逐步回归分析 预测     

光谱分析、光谱测量

差分吸收光谱技术(DOAS)中采用线性最小二乘拟合方法,用痕量气体标准差分吸收截面对测量得到的差分吸收光谱进行拟合,得出大气中痕量气体的浓度。计算结果的准确性不仅取决于光谱的测量精度,而且受标准差分吸收截面以及仪器函数和温度等诸多因素的影响。详细地分析了计算误差的产生原因,提出了用高浓度样品池得到标准吸收截面的方法,针对光谱固有结构,以及温     

提高大气吸收光谱测量分辩率的新方法

在仪器函数和吸收线型已知的情况下，提出了一种非线性拟合退卷积法，用于提高气体吸收测量的光谱分辨率。数值模拟和实际应用都表明：该方法用于室内气体吸收光谱的测量，在保持吸收线型不变的情况下，可以显著地提高测量的光谱分辩率，降低测量噪声。将该方法用于怀特池中模拟大气吸收光谱测量，减小了激光线宽对测量结果的影响，获得了比较理相的结果。     

采用加权函数修正的差分光学吸收光谱反演环境大气中的CO2垂直柱浓度

采用加权函数修正的差分光学吸收光谱技术(weighting function modified differential optical absorption spectroscopy, WFM-DOAS)测量环境大气中的CO₂垂直柱浓度. 以直射太阳光测量光谱为例, 演示了WFM-DOAS算法的实现过程. 将环境大气分为50层, 借助辐射传输模拟软件SCIATRAN对各个测量光谱进行了模拟计算, 获得了最小二乘法拟合所需的目标气体CO₂及干扰气体H₂O、CH₄ 的柱权重函数和太阳归一化光谱常量. 采用WFM-DOAS方法对一整天的直射太阳光测量光谱进行了反演, 得到的反演误差均小于3%. 最后比较了两种不同DOAS算法对同一条测量光谱的反演结果, 验证了WFM-DOAS算法在红外被动气体遥感的优越性. 关键词： 环境污染监测 光学测量技术 红外光谱 温室气体     

差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中的研究

差分吸收光谱(DOAS)技术在大气/烟气污染物排放环境监测中有广泛的应用.文章首先对这种方法进行了介绍和分析,通过公式推导出被测量气体的差分吸收光谱和参考差分吸收截面光谱所包含的面积具有线性关系,并由此给出了一种新的气体浓度计算方法,即直接用差分吸收面积拟合法代替最小二乘方法,从而避免了光谱不同分辨率、光谱漂移、拉伸或压缩等因素对测量结果造成的误差,同时这种方法具有计算量小和处理速度快等特点.最后,在自行研制的烟气DOAS测量系统上测量了四种浓度的SO2标准气体,实验结果验证了该方法在实验室条件下的有效性.     

高压环境下1.58μm波段CO2吸收光谱特性分析

高压气体吸收光谱特性的研究是可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于爆轰发动机等高压燃烧环境的重要基础.为了解气体吸收光谱随压力的变化规律特别是在高压下的吸收光谱特性,本文以CO₂为气体介质对其在高压环境下近红外波段1.58μm处的吸收光谱进行了理论分析与试验研究,并给出一种高压气体浓度的计算方法.在1—10.13×10⁵Pa压力环境下,对1.58μm处CO₂吸收光谱进行了数值模拟,搭建了高压环境气体在线测量试验系统,对CO₂在波段1578.1—1579.7 nm的吸收光谱进行了试验测量.利用线性回归拟合将试验所得光谱吸收率与模拟吸收率进行对比,对高压环境下气体浓度进行了计算.结果表明,试验所得吸收光谱与数值模拟结果相吻合,1—10.13×10⁵Pa压力环境下利用线性拟合寻优法计算气体浓度最大误差为5.5%,平均误差2.6%.     

过采样∑-ΔA/D技术在差分吸收光谱系统中的应用

差分光学吸收光谱法(DOAS)已经成为测量大气中微量气体成分含量常用的方法,该方法基于最小二乘原理,利用测量的大气光谱的差分吸收光学密度与标准的吸收截面进行拟合,确定待测气体的浓度。其测量精度不仅取决于光谱测量精度、仪器本身的噪声以及测量波段内其他气体的干扰等因素,还与痕量气体前期采集和处理有关。文章简介了差分吸收光谱法测量原理和仪器结构,提出过采样∑-ΔA/D技术,过采样技术与∑-Δ调制器的噪声整形技术结合,可对量化噪声进行双重抑制,从而提高待测波段内的信噪比,实验结果表明提高了DOAS系统的测量精度。     

差分吸收光谱法测量大气痕量气体浓度误差分析及改善方法

差分吸收光谱技术(DOAS)中采用线性最小二乘拟合方法,用痕量气体标准差分吸收截面对测量得到的差分吸收光谱进行拟合,得出大气中痕量气体的浓度.计算结果的准确性不仅取决于光谱的测量精度,而且受标准差分吸收截面以及仪器函数和温度等诸多因素的影响.详细地分析了计算误差的产生原因,提出了用高浓度样品池得到标准吸收截面的方法,针对光谱固有结构,以及温度对标准吸收截面的影响,改进了浓度反演算法.大量的实验表明,综合运用上述方法,即便对低浓度的样气,相对测量误差也能降低到10%以下.     

过采样∑-△A/D技术在差分吸收光谱系统中的应用

差分光学吸收光谱法(DOAS)已经成为测量大气中微量气体成分含量常用的方法,该方法基于最小二乘原理,利用测量的大气光谱的差分吸收光学密度与标准的吸收截面进行拟合,确定待测气体的浓度.其测量精度不仅取决于光谱测量精度、仪器本身的噪声以及测量波段内其他气体的干扰等因素,还与痕量气体前期采集和处理有关.文章简介了差分吸收光谱法测量原理和仪器结构,提出过采样∑-△A/D技术,过采样技术与∑-△调制器的噪声整形技术结合,可对量化噪声进行双重抑制,从而提高待测波段内的信噪比,实验结果表明提高了DOAS系统的测量精度.     

提高大气吸收光谱测量分辨率的新方法

在仪器函数和吸收线型已知的情况下 ,提出了一种非线性拟合退卷积法 ,用于提高气体吸收测量的光谱分辨率。数值模拟和实际应用都表明 :该方法用于室内气体吸收光谱的测量 ,在保持吸收线型不变的情况下 ,可以显著地提高测量的光谱分辨率 ,降低测量噪声。将该方法用于怀特池中模拟大气吸收光谱测量 ,减小了激光线宽对测量结果的影响 ,获得了比较理想的结果。     

Quantum-mechanical description of the intensity distribution in two-photon absorption spectra of dihalogenated benzenes

Using molecules of dihalogenated benzenes as an example, the verification of an earlier proposed method of direct quantum-mechanical calculation of the relative intensities of lines in the two-photon absorption spectra of polyatomic molecules is continued. The method of calculation is based on the adiabatic model in the context of the Herzberg-Teller approximation. A comparative analysis of the intensity distribution in the two-photon absorption spectra of dihalogenated and monosubstituted benzenes is carried out, and the vibrational characteristics of these molecules in the lowest singlet excited electronic states are determined. A satisfactory agreement with experimental values, along with the analysis of the possibilities of the method, confirms the expediency of its use for gaining information about the intensity distribution in two-photon absorption spectra of polyatomic molecules.     

Use of the variational principle with the aim of determining oscillations in the extended X-ray absorption fine structure

A method of determining the smooth and oscillating components of extended X-ray absorption fine structure spectra is developed. The form of a functional that is minimized by the desired smooth function is suggested, and a series of EXAFS spectra is analyzed. A way of solution optimization is proposed. The results of applying the method to experimental spectra are reported.     

Photoacoustic spectroscopy analysis of thin semiconductor samples

This paper is an analysis of determination possibility of the optical absorption coefficient spectra of thin semiconductor layers from their normalized photoacoustic amplitude spectra. Influence of multiple reflections of light in thin layers on their photoacoustic and optical absorption coefficient spectra is presented and discussed in detail. Practical formulae for the optical absorption coefficient spectrum as a function of the normalized photoacoustic amplitude spectrum are derived and presented. Next, they were applied for computations of the optical absorption coefficient spectra of thin In₂S₃ thin layers deposited on a glass substrate. This method was experimentally verified with the optical transmission method.     

Polarization measurement and configuration analysis of the triplet-triplet absorption spectra of substituted naphthalenes

The polarization of triplet-triplet absorption spectra for 1- and 2-methoxynaphthalene, 1,5-, 1,8-, 2,7-, and 2,3-naphthalenediols, and 1,4-dimethoxynaphthalene was measured by the photoselection method. Calculations of the triplet states of these molecules were made by the Pariser-Parr-Pople method, and the resulting wavefunctions were subjected to the configuration analysis. The T-T absorption spectra of the β-substituted naphthalenes are relatively simple and closely resemble that of naphthalene. In the α-substituted naphthalenes, the T-T absorption spectra are not only remarkably different from that of naphthalene but also different from one another. Comparison of experimental and theoretical results leads to reasonable assignments of the individual absorption bands involving some modification of previous assignments. The apparent complexity of T-T absorption spectra of the α-substituted naphthalenes can be interpreted in relation to the enhanced and transitions of naphthalene.     

血液的红外吸收光谱分析及应用研究

开展红外光谱法的应用研究，对促进光测技术发展有重要作用。本文针对血液的红外光谱分析这一重要课题，提出了血液的红外吸收光谱分析新技术，通过对正常与异常血液的红外吸收光谱进行测量，分析并比较不同血液红外吸收光谱之间的差异，即可判断血样是否正常，其实验具有一定的先进性。文中分析了正常血样和异常血样的红外吸收光谱之间的差别，并给出了人的正常全血和血清与高糖全血的红外吸收光谱及分析结果，为进一步用于疾病诊断提供了实验依据。其研究结果对血液红外光谱分析并用于疾病诊断有重要价值。本文的研究为红外吸收光谱的测量及应用开辟了新的途径。     

几种含吡啶环的双醛腙类化合物的结构与光谱性质

采用DFT/B3LYP方法在3-21+G基组下对4种含吡啶环的双醛腙类化合物进行基态(S0)构型优化, 并用单组态相互作用方法(CIS)优化四种化合物分子的激发态(S1)结构, 从理论上探讨了四种化合物的分子轨道能量、电子吸收和发射光谱等性质与结构的关系, 并与实验值进行了对比, 发现理论计算数据能够与实验结果基本一致. 通过对分子中前线轨道能量的计算, 揭示了不同取代基对材料光电活性的影响, 即分子中的共轭体系增大, 吸收光谱波长也随之红移. 根据化合物的吸收和发射光谱的计算数据推测化合物D是这四种化合物中最可选的电子传输材料及光活性材料.     

Absorption Lineshapes in Two-Dimensional Electron Spin Resonance and the Effects of Slow Motions in Complex Fluids

A methodology for obtaining pure absorption two-dimensional electron spin resonance spectra is presented for the case of large inhomogeneous broadening and/or slow motions. For slow motions, the spectra consist of “complex Lorentzians” superimposed with complex weighting factors, presenting a challenge to obtaining absorption spectra. It is shown how absorption-type spectra can be recovered for the two-pulse COSY and SECSY experiments in such cases. For three-pulse 2D ELDOR experiments, absorption lineshapes can be obtained for the autopeaks, whereas the cross peaks would be of mixed-mode character, in general. However, for practical cases the dispersive components in the cross peaks will be relatively small. Theoretical and experimental absorption spectra are provided to illustrate the method and to show the improved resolution obtained from absorption lineshapes. In particular, the variation in linewidths across a SECSY spectrum, which is a key component in elucidating motional dynamics, is clearly rendered in the pure absorption mode. A convenient method for introducing the necessary phase corrections for the slow-motional spectra is also provided.     

几种含吡啶环的双醛腙类化合物的结构与光谱性质

采用DFT/B3LYP方法在3-21+G基组下对4种含吡啶环的双醛腙类化合物进行基态(S_0)构型优化,并用单组态相互作用方法(CIS)优化四种化合物分子的激发态(S_1)结构,从理论上探讨了四种化合物的分子轨道能量、电子吸收和发射光谱等性质与结构的关系,并与实验值进行了对比,发现理论计算数据能够与实验结果基本一致.通过对分子中前线轨道能量的计算,揭示了不同取代基对材料光电活性的影响,即分子中的共轭体系增大,吸收光谱波长也随之红移.根据化合物的吸收和发射光谱的计算数据推测化合物D是这四种化合物中最可选的电子传输材料及光活性材料.