激光诱导击穿光谱判定岩石陆相和海相沉积

研究了激光诱导击穿光谱技术在判别未经预处理岩石样品沉积相方面的识别能力.将经地质专家鉴定的27个陆相和14个海相沉积样品作为待分析样品,B的谱线强度及B/Ga、Sr/Ba和Fe/Mn谱线的积分强度比分别作为区分依据用于判别沉积相.由于B、Ga、Sr和Ba在岩石中含量非常低,而且分布不均,导致少量样品难以区分.Fe和Mn的含量相对较高,因此Fe/Mn能够很好地将陆相和海相沉积样品区分.相对于其它区分依据,Fe II 259.940nm/Mn II 259.372nm表现出最好的区分性能.激光诱导击穿光谱技术能够实现录井现场快速、准确判别岩石样品沉积相.     

中红外波段大气碳同位素激光吸收光谱研究

大气碳同位素在环境污染源汇示踪和地球化学发展等方面的应用越来越广泛,在其探测技术方面,激光吸收光谱技术具有体积小、可在线、灵敏度高等优点,在气体同位素探测中越来越受到重视。工作中研究了2.7μm波段的分布式反馈激光器(distributed feedback laser,DFB)可调谐半导体激光器的性能,在遵循12 CO_2和13 CO_2同位素分子吸收谱线特征和同位素分子谱线选择原则的基础上,确定了合适的激光器输出波长。结合光程390.3m的新型多次反射池,实现了大气中CO_2分子的δ~(13)C同位素丰度探测。     

基于多粒子LIBS谱线的自吸收校正方法研究

为克服自吸收效应对炉渣样品定量分析结果的影响,基于快速模拟退火算法的优化过程,结合等离子体发射光谱的基本理论,发展了一种基于多种粒子发射谱线的自吸收校正算法,给出了该算法的流程图。利用前述自吸收校正算法分别对精炼渣和高炉渣样品的激光诱导等离子体发射光谱强度进行校正,并结合无标分析法,对比分析了自吸收校正算法对样品成分定量分析结果的影响。对比自吸收校正前后的Boltzmann图可以看出,经自吸收校正后,等离子体中各粒子的温度均稳定在11600K左右,结果明显趋于一致。利用自吸收校正后同种粒子的等离子体光谱构建的Boltzmann图中,除一组数据外,其他数据在Boltzmann图中的截距基本一致。利用经自吸收校正后的谱线,对两种炉渣样品成分进行定量分析的结果表明:对于精炼渣,MgO的定量分析结果精度不高,若不分析MgO的含量,则CaO,Al2O3和SiO2等成分定量分析结果的相对误差会明显降低;对于MgO含量为8.49%的高炉渣样品,Al2O3定量分析结果的精度最高,相对误差为2.38%,MgO最低,相对误差为28.27%,但基本可以反映出该成分在样品中的含量。     

Theoretical analysis of stack gas emission velocity measurement by optical scintillation

Theoretical analysis for an online measurement of the stack gas flow velocity based on the optical scintillation method with a structure of two parallel optical paths is performed. The causes of optical scintillation in a stack are first introduced. Then, the principle of flow velocity measurement and its mathematical expression based on cross correlation of the optical scintillation are presented. The field test results show that the flow velocity measured by the proposed technique in this article is consistent with the value tested by the Pitot tube. It verifies the effectiveness of this method. Finally, by use of the structure function of logarithmic light intensity fluctuations, the theoretical explanation of optical scintillation spec- tral characteristic in low frequency is given. The analysis of the optical scintillation spectrum provides the basis for the measurement of the stack gas flow velocity and particle concentration simultaneously.     

Influence of laser intensity in second-harmonic detection with tunable diode laser multi-pass absorption spectroscopy

Tunable diode laser absorption spectroscopy （TDLAS） has been widely employed in atmospheric trace gases detection. The ratio of the second-harmonic signal to the intensity of laser beam incident to the multi-pass cell is proved to be proportional to the product of the path length and the gas concentration under any condition. A new calibration method based on this relation in TDLAS system for the measurement of trace gas concentration is proposed for the first time. The detection limit and the sensitivity of the system are below 110 and 31ppbv （parts-per-billion in volume）, respectively.     

开放式天然气泄漏甲烷气体检测技术研究

天然气集输站场是天然气输送和储存过程中的枢纽,也是天然气泄漏检测的重点对象。传统的天然气泄漏检测技术响应慢、效率低,难以满足实际所需。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)以其响应速度快、灵敏度高、无需维护等优点得到广泛应用。使用可调谐半导体激光吸收光谱技术实现了同时对天然气的主要成分甲烷、乙烯、乙炔三种气体实时测量的开放式检测和报警系统。实验结果表明,该系统响应时间小于2s,其甲烷、乙烯、乙炔的测量精度分别小于100ppm-m,40ppm-m,50ppm-m,为石油化工行业中天然气泄漏检测技术提供了新的技术方法。     

基于表面图像锐度的LIBS自动对焦方法

利用自行设计的集成微区成像激光诱导击穿光谱系统,分析了孔径光阑设定、目标区域大小以及样品表面反射率对表面图像位置敏感特性的影响.结果表明,表面图像锐度在大孔径设定下对位置更为敏感,适用于自动对焦过程;反射率对表面图像锐度的位置敏感特性影响较小,且部分表面图像的锐度也可用于辅助激光诱导击穿光谱对焦;不同样品不同目标区域大小,图像锐度最大值对应表面位置具有很好的重复性.在此基础上,建立了基于表面图像锐度的自动对焦方法.     

一种多元非线性模型在激光诱导击穿光谱定量分析中的应用

现有的激光诱导击穿光谱定量分析模型大多是基于激光诱导等离子体处于局部热平衡这一假设,而实际上等离子体只是在有限的时间、空间内近似处于热平衡状态。非热平衡状态下各个能级上的粒子布居数不服从玻尔兹曼分布,故用某一能级的单一谱线做定量分析会带来一定误差。考虑到等离子体的非热平衡状态,提出了一种多元非线性定量分析模型,该模型充分利用了待分析粒子的不同上能级对应的多条跃迁谱线信息,能够有效减小信号不稳定对定量分析结果的影响。利用此模型和建立在等离子体局部热平衡假设上的单谱线内标模型分别对30块钢铁样品中Mn元素的含量进行定量分析对比,对比结果表明,多元非线性模型的测量准确性和重复性均优于单谱线内标模型。     

基于光闪烁法的烟气流速反演和路径加权函数的分析

为了对工业管道排放的污染气体的流速进行连续监测,设计了一种双路平行对射式烟气流速测量系统,并对基于光闪烁法测量烟气流速的相关理论进行了研究.利用相位屏技术对湍流介质中的光闪烁现象进行了理论分析,得到了用于工业管道烟气流速反演的光闪烁互相关的表达式.对烟气流速反演过程中平均流速的路径加权问题进行了探讨,给出了路径加权函数,数值模拟表明路径加权函数具有近似高斯线型的轴对称分布特性,反映出管道中心流速对于平均流速的较大贡献.在此基础上,分析了光源光谱对路径权重函数的影响,实验证明由于光源光谱具有一定的带宽,使得路径加权函数值有一定的变化,但加权函数的分布形状保持不变.对于平均流速的路径加权函数的分析为计算工业管道中烟气流速的空间分布提供了依据.     

空气质量监测的高灵敏差分吸收光谱学技术

差分吸收光谱学技术以其多组份、高灵敏、连续实时在线的测量方式正成为空气质量监测的理想工具,是空气质量污染指标常规在线监测技术的发展方向。介绍了差分吸收光谱学技术的原理、关键技术以及所研制的空气质量自动监测系统。重点介绍了该项技术在环境空气质量自动在线监测中的应用。