基于光谱密度的差分吸收光谱法气体测量系统的校准研究

差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法,按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法。用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准,传统的方法是使用标准气体进行校准。但是由于标准气体自身的量值确定问题,在ppb甚至ppt级的不确定度大于10%,而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体,导致传统方法失效。提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法,利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系。由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高,所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准。本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值,然后把标准光学密度片放入测量系统光程中,测得其光学密度值,根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差,进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度,所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限。该方法完全基于光学测量,不需引入标准气体评估,基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差,实现测量系统在较小不确定度水平上的标定,提高检出限标定的精度。本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证。     

基于光谱密度的差分吸收光谱法气体测量系统的校准研究（英文）

差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法,按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法。用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准,传统的方法是使用标准气体进行校准。但是由于标准气体自身的量值确定问题,在ppb甚至ppt级的不确定度大于10%,而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体,导致传统方法失效。提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法,利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系。由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高,所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准。本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值,然后把标准光学密度片放入测量系统光程中,测得其光学密度值,根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差,进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度,所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限。该方法完全基于光学测量,不需引入标准气体评估,基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差,实现测量系统在较小不确定度水平上的标定,提高检出限标定的精度。本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证。     

算法融合的差分吸收光谱法烟气SO_2浓度在线监测研究

过去几十年中差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy,DOAS)在大气污染物监测方面取得了成功应用.文章提出了根据差分吸光度最大值(OD'm)设定阈值的思想,将传统DOAS算法与基于卡尔曼滤波的DOAS算法相结合,利用两种算法在相同信噪比下具有不同反演精度的特点,在保证测量精度的前提下提高了DOAS系统的检测极限,较好地解决了短光程下低浓度气体的测量精度问题.在常温常压和流动状态下,对烟气中的SO2浓度测量进行了理论和实验研究.研究结果表明,改进的DOAS算法在OD'm＜0.048 1时,SO2浓度测量精度较高,测量下限可低于28.6 mg·m-3,零点漂移低于2.9 mg·m-3传统DOAS算法在0.048 1＜OD'm＜0.927 2时,SO2浓度测量精度较高;两种算法对OD'm＞0.927 2时的SO2浓度测量都存在较大的误差,必须进行线性度校正.     

煤质硫含量紫外差分吸收测量方法研究

快速准确地测定煤质硫含量,可为企业、环境监督部门提供重要的技术依据。国内外已有多种煤质硫含量分析仪器,但或多或少存在令操作人员不满意的地方。提出一种基于紫外(UV)差分吸收光谱(DOAS)的煤质硫含量测量方法。针对分子数分数测量范围宽、光程短等问题,在传统算法的基础上,提出基于有限脉冲响应(FIR)滤波和四阶多项式非线性补偿的改进DOAS算法。搭建了实验测量系统,对5种标准煤样进行了实验研究。结果表明,测量系统的下限为0.014%,能够去除烟尘和背景气体的影响,降低系统的维护量,单次测量时间在4min左右,测量系统的重复性满足国家标准的要求。     

基于遗传算法的差分吸收光谱反演算法及实验研究

传统差分吸收光谱法(DOAS)对大气痕量气体浓度可以实现准确、快速和在线测量,它对短光程、低浓度气体存在较大的测量误差.本文在传统DOAS算法的基础上,设计了基于遗传算法的DOAS算法,并对信噪比较低的实测光谱数据进行了浓度反演.研究结果表明,该算法在短光程下对低浓度气体具有较高的测量精度,与传统DOAS方法相结合可以获得较宽的动态测量范围.     

差分吸收光谱法监测NO2浓度技术研究

差分吸收光谱(DOAS)是利用气体分子对光谱具有特殊吸收这一特性来测量气体浓度的一种测量技术.本文介绍了DOAS法的基本测量原理,分析了DOAS的数据处理方法,并用DOAS法进行了不同情况时NO2气体浓度测量的实验研究.     

LED光源DOAS方法的夜间NO2气体浓度遥测研究

针对现有利用自然光源的被动DOAS测量方法无法实现夜间对NO₂等痕量气体进行垂直分布探测的问题,提出构建一种基于窄带光源蓝光LED技术的DOAS测量NO₂的方法,搭建了仪器系统,成功地实现了夜间对NO₂气体浓度的测量。该系统主要分为灯源发射系统和望远镜接收系统两部分,采用主波长为450nm的LED作为光源,通过望远镜采集发光束的散射光,利用光纤耦合将望远镜接收到的散射光导入光谱仪中,结合DOAS原理运用计算机进行处理。DOAS的理论基础是朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律,据此原理可将数据处理过程概述如下：首先采集相对干净光谱作为背景参考谱,用实际测量大气谱除以参考谱,利用数字高通滤波去除慢变化部分,然后取对数,即可获得光学厚度;其次将仪器函数与NO₂的高分辨率截面卷积,得到与所用仪器相匹配的低分辨率吸收截面;最后将差分吸收截面与处理后的差分光学厚度相结合,运用最小二乘法拟合并结合光程L即可获得NO₂浓度值。同时可通过调节灯源光速发射角度及望远镜接收角度,测出不同位置处NO₂浓度值,进而给出NO₂气体浓度的立体分布信息。在算法确定的情况下,LED灯谱质量对仪器系统的可靠性显得尤为重要。由于LED光谱受温度及驱动电流影响较大,为了保证LED处于最佳工作状态,开展了LED光谱温度及驱动电流敏感性实验。测试结果表明,要确保采集到的光谱稳定且具有较高质量,LED工作温度应低于20 ℃,驱动电流需控制在1.5 A以内,且两者波动范围较小。实验中,LED实际工作温度为10~15 ℃,驱动电流为1.4 A,控制精度±1 mA,能够满足实验要求。为了提高LED阵列密度、获得更加集中的发光束,LED底座基板采用正六边形结构,每块正六边形基板上7只LED串联,各个基板之间并联。经计算较采用矩形结构,其空间利用率提高了8%。各基板工作电流1.4 A,最大电压23.8 V,易于扩展,维护方便。为了验证方案可行性及系统的可靠性,进行了实验室测试及外场实验。实验室采用NO₂样气浓度为1 642.86 mg·m-3, 不确定度5%。系统测量结果为1 607.54 mg·m-3, 与标定值误差为2.15%,在标定的不确定度范围以内,经计算系统检测线为0.014 3 mg·m-3(6.942 ppb),因此可认为测量结果准确。将外场实验测量结果与同时段国控站点给出的NO₂数据进行了对比,对应时间段结果偏差均在10%以内,两组数据线性拟合一致性较好,相关系数达0.967,表明该系统所测NO₂结果较准确。研究结果表明,在确保LED光源稳定的基础上,采用基于窄带光源蓝光LED的DOAS方法能够实现夜间对NO₂气体垂直分布情况测量。为大气痕量气体垂直分布测量、特别是在夜间条件下对痕量气体立体分布测量提供了一种新的思路。     

光全散射法颗粒测量中的一种自适应非独立模式算法

光全散射颗粒测量法中需求解第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程。在不知道被测颗粒的尺寸范围的情况下如何确定积分方程的上下限、即测量范围，迄今仍是个问题。本文针对此问题提出了一种自适应非独立模式算法。该算法可根据双参数颗粒分布函数的分布参数Ｋ自动确定积分的上下限．数值模拟和实验都证实了此算法。     

开放光路差分吸收光谱技术测量城市大气氨的研究

氨在大气酸沉降和气溶胶二次来源中扮演了重要角色。城市大气NH3的测量对于研究NH3的大气化学显得尤为必要。该文研究了差分吸收光谱技术应用于大气NH3测量时的影响因素;根据NH3在短波紫外的吸收光谱特征,确定了NH3浓度的反演波段和干扰扣除方法。估算了应用于NH3测量的开放光路DOAS系统在228m光程下的探测下限为0.27μg.m-3,并在广州市城区开展了大气NH3的外场测量,NH3表现出明显的日变化规律,白天浓度较低,夜间浓度高。测量阶段中NH3最小值和最大值分别为0.83和3.11μg.m-3,平均浓度约为1.59μg.m-3。该系统的测量精度在10%以内,对测量误差来源进行了分析。     

超光谱成像差分吸收光谱系统烟羽测量研究

研究一种测量污染气体(如SO2,NO2)二维分布的光学遥感方法,即采用超光谱成像差分吸收光谱(DOAS)系统在扫描转台上对污染源排放烟羽进行扫描测量,利用被动差分吸收光谱处理方法对采集到太阳散射光谱进行处理获得柱浓度,结合转台扫描,最终实现污染气体的二维成像解析.着重描述了基于成像差分吸收光谱仪、紫外镜头及扫描转台的超光谱成像差分吸收系统,并利用该系统对热电厂烟羽排放进行了外场测量,该技术为污染源实时成像测量提供了一种简便的方法.     

干涉型光纤水听器数字化外差检测方法动态范围上限研究

阐述了干涉型光纤水听器外差检测的基本原理,对干涉型光纤水听器数字化外差检测方法动态范围上限进行了研究.理论分析了由外差频率决定的动态范围上限以及反正切、微分-交叉相乘(DCM)两种正交解调算法决定的动态范围上限,并进行了综合对比.分析结果表明,不同的外差频率所能达到的动态范围上限不同;相同的外差频率结合不同的正交解调算...     

关于最小不确定态的概率分布

本文借助于曲线坐标下动量算符的一种厄密形式,导出了广义坐标算符和广义动量算符的最小不确定态,并结合常见坐标分量取不同上、下限的情况讨论相应的概率分布,进而得到有关的结论.     

Energy limits imposed by two-photon absorption for pulse amplification in high-power semiconductor optical amplifiers

We study the combined effects of dynamic gain saturation and two-photon absorption on the amplification of short pulses in semiconductor optical amplifiers and show that two-photon absorption can saturate the amplifier gain and limit the output pulse energies even for amplifiers with large gain saturation energies. We discuss the upper limits for the pulse energies obtainable from semiconductor optical amplifiers in the presence of two-photon absorption and show that for single transverse mode waveguide amplifiers these upper limits can range from values as small as a few picojoules to several hundred picojoules for pulse widths in the 0.5 ps to 20 ps range, respectively.     

激光参数对非理想真空激光光强极限的影响

人类在实验室可实现的激光强度极限是强场量子电动力学（QED）的重要问题。在非理想真空条件下,极端超强激光与残留的电子相互作用触发伽马光子辐射与正负电子对产生的QED级联效应,从而显著消耗激光能量,大幅降低可实现的激光峰值强度。考虑到QED级联效应与激光偏振、焦斑尺寸、脉宽长度有着密切的关系,基于囊括QED过程的粒子网格模拟方法（Particle-in-cell, PIC）对上述参数的效应进行分析,同时构建了激光场演化的自洽方程来进行解释,二者结果基本保持一致,获得的强度极限在考虑的参数范围内为1026～1027 W/cm?2。结果表明,同等情形下,圆偏振激光可激发更强的QED级联,使得激光强度上限略低于线偏振。此外,紧聚焦激光由于QED级联发生的时空间尺度更小,从而激光的吸收效应被显著抑制,进而可以实现更强的聚焦强度。对于更长脉宽的激光,由于正负电子对吸收的能量区域更加弥散,使得可实现的激光强度上限阈值有所提升。但对于超短脉宽情形（如单周期）,由于QED级联的种子源电子束不能很好地被约束在激光区域,理论分析耗散的激光能量偏高。此外,在高真空度的情形下,残余电子的随机性也会对可实现激光强度产生一定的影响。研究结果可为后续开展极端强场QED实验和数100 PW级超强超短激光装置建设提供指导。     

Study on the influence of subjective well-being on travel mode selection

Traffic congestion is increasingly deteriorating people's travel experience, and accordingly the relationship between travel mode selection and subjective well-being has become a hot issue of concern. Motivated by this, an incentive mechanism combining both reward and punishment is proposed to characterize the evolution of subjective well-being. Two psychological thresholds are introduced: payoff higher than the upper limit will result in rewarding while that lowers than the lower limit leads to punishment. Results show that when the upper and lower limits are close enough, cooperative behavior can be dramatically promoted, that is, more travelers choose low-carbon transportation mode. Moreover, we find that punishment is superior to rewarding in stabilizing high cooperative level. It also shows that whether to choose low-carbon transportation mode depends sensitively on the changes of the upper and lower limits as well as the heterogeneity of self-interest. This study is helpful to promote the formulation of green travel management policies in the future.     

关于电离真空规测量上限非线性的探讨

在电离真空规的线性测量上限部分,离子流随着压强上升而衰降。这一非线性规律符合非自持放电的理论,并可导出对应于离子流极大值的压强=E/C,其中E为电极间电场强,C为一常数。因此线性测量上限可通过E的增强而得到拓延。通过实验,设计了四种电极间具有较强电场同时又保持较低的灵敏度的电极结构,它们的线性测量上限分别由原来的10^-1托延伸到1托,2托,6托和10托。实验曲线和理论计算数值基本相符。 关键词：     

Uncertainty principle limits on the cosmological constant

The identification of the cosmological constant term with the energy density of the vacuum enables lower and upper limits to be placed on its value. The upper limit arises from the constraint that the total zero-point energy, which also gravitates, should not dominate cosmological dynamics, while the lower limit can result from the operational requirement that the vacuum-energy shifts over atomic or nuclear scales be at least measurable over Hubble time scales.     

Quantum Flows as Markovian Limit of Emission,Absorption and Scattering Interactions

We consider a Markovian approximation, of weak coupling type, to an open system perturbation involving emission, absorption and scattering by reservoir quanta. The result is the general form for a quantum stochastic flow driven by creation, annihilation and gauge processes. A weak matrix limit is established for the convergence of the interaction-picture unitary to a unitary, adapted quantum stochastic process and of the Heisenberg dynamics to the corresponding quantum stochastic flow: the convergence strategy is similar to the quantum functional central limits introduced by Accardi, Frigerio and Lu [1]. The principal terms in the Dyson series expansions are identified and re-summed after the limit to obtain explicit quantum stochastic differential equations with renormalized coefficients. An extension of the Pulé inequalities [2] allows uniform estimates for the Dyson series expansion for both the unitary operator and the Heisenberg evolution to be obtained.     

A lower bound to the rate of mass loss from a circular binary system evolving via emission of gravitational waves and Roche lobe overflow of degenerate component

In a spin-conserved circular binary system which is emitting gravitational waves and losing mass by overflow of the Roche lobe of the less massive and degenerate component, we find that, if the mass exchange occurs on a time scale longer than the thermal time scale, then during the mass exchange phase the orbital period must increase, implying the existence of lower limits both to the rate of mass loss from the system and from the degenerate component and an upper limit to the angular momentum loss rate.     

Principle of limitation of physical quantities and cyclic universe

A close study of Heisenberg uncertainty principles reveals many significant facts, and all four major physical quantities, energy, time, momentum and length, have both lower and upper limits. Now, many questions come up. What are these limits? Some answers may lead to the understanding of the development of our universe. What is the shortest limit of time? At the beginning of big bang, there exists a tremendously short time, the Planck time. This may be just the shortest time limit in our universe. The longest time limit might be the lifetime of our universe. The longest length might be the final diameter of our expanding universe. All these lead to a finite universe. Two more coupling formulae are formed for the other two pairs of physical quantities, mass and speed, thermal energy and temperature. These four physical quantities must also have limits. We already knew that speed has upper limit and temperature has lower limit. By these two formulae, Planck and Einstein equations are derived directly. Since most other physical quantities are somewhat related to these major physical quantities, it seems that there exists a principle of limitation of physical quantities. A quantitative sketch of big bang is described. It also shows that our universe will contract back to another big bang. The principle of limitation opens up some fields of investigation. It may bring nature back to the harmony and determined world described by classical physics.