差分吸收光谱方法反演大气环境单环芳香烃有机物

差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy, DOAS)是利用气体分子在紫外-可见光谱范围的特征吸收来测量其浓度含量,如SO₂,NO₂,O₃等。由于大气环境中的芳香烃有机物含量较低,并且其在紫外的特征吸收光谱与O₂和O₃分子的吸收谱相互重叠,交叉干扰,使得对芳香烃有机物的测量比较困难。文章利用自制的差分吸收光谱系统,采用与实际测量光程接近、经过插值的氧气分子吸收柱密度作为氧气分子吸收的参考光谱,通过最小二乘拟合去除其干扰,另外采用不同温度下的O₃吸收截面作为参考光谱修正O₃的温度效应,测量了大气环境中的苯、甲苯、二甲苯和苯酚,表明差分吸收光谱方法能满足大气环境中单环芳香烃的测量。     

基于线性调频Z变换的差分吸收光谱数据处理方法研究

差分吸收光谱法(differential optical absorption spectroscopy,DOAS)是一种常用的污染气体监测方法,对所监测的光谱数据去噪可以提高反演精度。可采用傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)滤波法滤除光谱数据中的噪声,但该算法本身会引入误差。提出一种线性调频Z变换法(chirp Z transform,CZT),通过对傅里叶变换之后的频谱进行局部细化,能够在保留傅里叶变换滤波法去噪效果的基础上,对算法的误差进行补偿,从而进一步提高反演精度。实验配置了SO₂及NO₂进行浓度反演,结果表明,直接采用相除法反演浓度时误差较大且很不稳定,线性调频Z变换法能够获得比傅里叶变换滤波法更高的反演精度。模拟了SO₂和NO₂混合气体实验,频谱分析结果表明FFT算法无法解决特征吸收结构被扭曲、削弱等问题,CZT算法能完成特定频段频谱的精细化重构。     

被动差分吸收光谱法测量区域内污染气体排放通量的方法研究

研究了一种基于被动差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy, DOAS)测量区域(如工业区,城市)内SO₂等大气污染气体排放通量的光学遥测方法。采用安装在汽车上的被动DOAS系统围绕区域进行扫描测量,通过被动DOAS光谱处理方法对系统采集的天顶太阳散射光谱进行处理获取污染气体柱密度,再结合测量时段的气象(风场)信息获得该区域内污染气体对外的净排放通量。文章着重描述了获得污染气体柱密度的差分吸收光谱方法以及区域内污染气体净排放通量的计算方法,并构建了车载被动DOAS系统对北京市五环路以内区域的SO₂和NO₂排放进行外场测量,测得了该区域内SO₂和NO₂净排放通量分别为1.13×104和9.3×103 kg·h-1。实验结果表明这种基于被动DOAS的光学遥测方法能够用于区域内污染气体排放通量的快速测量。     

两种新型电荷转移盐的合成和光谱研究

合成了两种新的有机盐[NO₂BzPy]Cl(1)和[NO₂BzPyNH₂]Cl(2),(1)[或(2)]与K[TCNQ]₂进一步反应生成[NO₂BzPy] [TCNQ]₂ (3)和[NO₂BzPyNH₂] [TCNQ]₂(4)。光谱数据表明：TCNQ盐中存在TCNQ0和TCNQ-,并形成了一维TCNQ分子柱,且TCNQ₀和TCNQ-之间存在相互作用,部分电荷从[TCNQ]-₂向阳离子([NO₂BzPy]+和[NO₂BzPyNH₂]+)转移。     

利用二维相关红外光谱方法确定气体最优定量波数区间

气体检测中需选用最优波数范围来进行气体光谱的定量分析。传统波数范围的选取主要根据标准光谱的特征吸收,存在抗干扰性较差、在实际情况中容易出现较大偏差的问题。文章将二维相关红外光谱方法用于气体检测,对SO₂,NO及NO₂进行光谱结构分析和光谱信息发掘,以确定最优定量波数区间。以浓度值为微扰量,用含不同浓度某气体成分的一组红外吸收光谱,做二维相关得到SO₂,NO及NO₂的动态光谱,利用同步相关光谱和异步相关光谱来分析对气体浓度变化最敏感的波数区间,确定了被测气体定量分析的优选波数范围,包括一系列独立的波数点和连续的波数区间。作为一种新颖的最优定量波数区间选取方法,其得到的结论与理想的分析谱带选取的结果相吻合,证明了此方法的有效性。     

目标差分吸收光谱技术测量大气NO2平均浓度的方法研究

介绍了一种测量近地面大气NO₂平均浓度的新方法——目标差分吸收光谱方法,即target DOAS(target difference absorption spectrum technology)。该方法基于被动差分吸收光谱技术,测量墙体、山体等目标的太阳反射光谱,通过差分吸收光谱算法反演得到目标与仪器之间NO₂浓度沿路径的积分值SCD(slant column density),同时仪器到目标之间的距离已知,并通过选取特定的参考光谱扣除目标到大气顶层的痕量气体吸收,最终计算出仪器和目标之间的大气NO₂平均浓度。利用建立的目标DOAS系统在合肥开展了观测实验,成功获取了观测地大气NO₂浓度。观测结果与主动长光程差分吸收光谱仪观测数据进行对比,二者呈现较好的一致性,验证了该方法的可行性。     

基于紫外光谱检测的GIS内多类故障早期预警

气体绝缘开关(GIS)故障预警强调异常识别的实效性和现场适用性,是精确诊断的基础。研究GIS内局部放电(PD)及过热故障的统一预警方法具有重要意义。提出将SO₂作为GIS内部两类故障公共的特征分解物,并应用紫外光谱(UV)测量SO₂实现多故障早期预警。一阶导数法和Savitzky-Golay滤波被用于快速基线校正和光谱平滑,290～310 nm被选为特征区进行SO₂检测及定量。UV检测可避免诸如SF₆及SOF₂、SO₂F₂等分解物的干扰,便于从复杂的SF₆分解物组分中识别微量SO₂特征,测量系统结构简单、维护成本低、适于现场检测。通过模拟SF₆气体在两类PD缺陷及200～400 ℃过热条件下的分解实验,证实所提UV预警方法的有效性：两类GIS故障条件下都会稳定的生成SO₂。对UV预警后的故障诊断,借助傅里叶变换红外光谱仪及气相色谱仪,确认PD及过热故障下的分解物组分存在差异,并据此简要分析了故障类型辨识方法。PD分解物以SOF₂和SO₂F₂为主,SO₂含量远小于SOF₂,放电涉及环氧树脂时含碳分解物含量上升。过热材质为不锈钢时,SF₆约在300 ℃发生分解,300～400 ℃内的过热分解物主要为SO₂和SOF₂,350 ℃以上SO₂生成速率明显快于PD时。随着GIS内故障持续恶化,SO₂含量均呈现稳定上升趋势。在UV预警后,可利用获得的SO₂生成特性初步辨识故障类型。     

差分吸收光谱法对大气中挥发性有机物光化学作用指示剂的监测与反演

差分吸收光谱技术 (DOAS)由于高时间分辨率、高灵敏度和低操作费用等特点非常适合对大气中痕量的挥发性有机物 (VOCs)的光化学作用指示剂——O₃,O_x(O₃+NO₂)和HCHO进行实时追踪。 但由于这些指示剂含量较低,测量精度易受干扰。 文章利用自行研制的差分吸收光谱系统,对VOCs的光化学作用指示剂测量方法和数据反演进行了研究,通过增加信噪比,扣除背景杂散光等手段对其进行了准确测量;针对标准吸收截面的温度效应、光谱固有结构和灯谱结构的干扰,改进了干扰的对除方法;并对不同波段反演O₃,NO2和HCHO的干扰因素,反演浓度结果和反演准确度进行了分析与对比,以合适的波段准确反演物质浓度。     

三核铜(Ⅰ)配合物的合成与荧光光谱

室温下,通过双核配合物[Cu(dppm)(NO₃)]₂ (dppm=双二苯基膦甲烷)与四苯基硼钠在甲醇和二氯甲烷混合溶剂中反应制备了三核铜(Ⅰ)配合物[Cu₃(dppm)₃(NO₃)(OH)](NO₃),经过红外光谱、热重分析、核磁和ES-MS等现代分析手段表征了配合物的物理化学性质,并进一步研究了配合物在室温下的荧光光谱特征。     

分光光度法测定甜叶菊废渣中总黄酮的研究

为建立测定甜叶菊废渣中总黄酮含量的方法,通过比较直接法、AlCl₃法和NaNO₂-Al(NO₃)₃-NaOH法三种显色方法的紫外可见光谱,确定甜叶菊废渣中总黄酮含量测定的最佳方法为NaNO₂-Al(NO₃)₃-NaOH法。分析了测定波长,显色剂用量和反应时间、温度、pH等因素对测定的影响,并从浓度与吸光度的线性关系,稳定性及加标回收率等方面对该法进行了系统研究,结果表明：在波长500 nm处,以芦丁为标准品,在2～24 μg·mL-1范围内呈良好的线性关系,线性相关系数R2=0.999 5。样品加标回收率在96％～104.3％之间,相对标准偏差(RSD)为3.75%。NaNO₂和Al(NO₃)₃的用量都为1.0 mL,反应时间都为6 min,NaOH的用量为15.0 mL,反应时间为15 min。整个显色过程温度为40 ℃,pH为5,进一步优化了NaNO₂-Al(NO₃)₃-NaOH法测定甜叶菊废渣中总黄酮含量的工艺条件。该方法简便快速,重现性好,准确度高,可用于实际检测工作。     

Generation of UV laser light by stimulated Raman scattering in D2, D2/Ar and D2/He using a pulsed Nd:YAG laser at 355nm

A pulsed Nd:YAG laser at 355nm is used to pump Raman cell filled with D_2, D_2/Ar and D_2/He. With adequately adjusted parameters, the maximum photon conversion efficiency of the first-order Stokes light (S_1, 396.796nm) reaches 33.33% in D_2/Ar and the stability of S_1 in pure D_2 is fairly high, the energy drift being less than 10% when the pump energy drifts in the range of 5%. The conversion efficiency and stability, which are functions of the composition and pressure of the Raman medium and the energy of pump laser, are investigated. The result has been used to optimize the laser transmitter system for a differential absorption lidar system to measure NO_2 concentration profiles.     

A new versatile electrochemical etching chamber (Vecec) system for multi-size and multi-shape detector processing

A new versatile electrochemical etching ECE chamber (VECE) system is introduced in which the effective electrochemically etched area can have variable sizes and/or shapes required using templet etching. The flat rubber washers act as templets and holders of the etchant, and control the size and shape of the effective etched area of the detector which can be of various shapes and sizes desired. The system was operated in two operation modes A and B in which the both sides and one side of the detector were etched respectively. Detectors with etched areas having diameters from 1 to 18 cm can have also been successfully etched by this system. Multi-chambers have been also designed using this principle for larger-scale multi-detector processing. The effects of etching area and time on the current through the detector have also been studied.     

Multiple access interference rejection in OCDMA using a two-photon absorption based semiconductor device

An experimental demonstration of a two-channel OCDMA system with detection performed using standard linear detection or a TPA-based nonlinear detector is presented. These results show an improvement in the extinction ratio of the decoded signal by ∼5 dB using TPA detection. A simulation model of the TPA detector used during the experiments was created and used in a four-channel OCDMA system simulation using both linear and nonlinear detection methods. The simulation results show that error-free performance is achievable for a 4-user system using the nonlinear TPA detector while the OCDMA system employing linear detection is severely limited by the effects of noise generated by adjacent optical channels (multiple access interference).     

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为了获取HL-2A等离子体的离子温度、旋转速度及其分布等重要参数,首次在HL-2A装置上开展了CXRS诊断。通过利用能有效探测微弱光的EMCCD和特殊设计的光学采集系统,获得了具有足够信噪比的诊断信号。实验得到的测量信号分析表明,设计是切实可行的。     

差分吸收激光雷达测量NO2浓度的实验研究

 介绍了差分吸收激光雷达测量大气中物质成份及浓度的测量原理，并利用差分吸收激光雷达测量了3.5 km内NO₂的浓度分布，测量结果表明，使用双通道可调谐的Ti:Sapphire激光器的一组波长（448.2 nm和446.8 nm）可以获得比较精确的NO₂的浓度随距离的分布。     

DNP-EPR多功能谱仪中微波桥的设计与实现

在自主研制的动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization,DNP）分子影像装置的基础上,提出了一种集DNP和电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance,EPR）于一体的多功能谱仪,并对其中的关键部件之一--微波桥进行了设计.微波桥的引入,实现了DNP微波发射机的集成化,以及在DNP谱仪基础上的EPR功能扩展.通过结构设计、电路仿真及系统测试,完成了高频谱纯度、高动态范围的微波发射机以及低噪声系数的微波检测系统的设计与制作.并通过DNP增强实验以及连续波EPR实验对微波桥的性能进行了验证.     

基于蛇形光路的PET探测器作用深度提取方法

为实现正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)探测器的作用深度(Depth Of Interaction,DOI)信息获取,本文提出一种基于分光技术的探测器设计方案.探测器采用晶体单元与硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)一对一耦合、蛇形光路的设计和单端Anger加权读出方法进行DOI解码.基于GATE软件进行蒙特卡罗模拟,建立8×1的LSO晶体阵列(单根晶体尺寸3.1×3.1×20mm3);模拟泛场照射获取位置查找表;并进行不同深度的模拟,获得各晶体在各深度的空间分辨率.结果显示所模拟的探测器模块DOI分辨率在1.0~6.7mm之间,平均值为3.2mm.本文提出的基于蛇形光路的PET探测器方案能在维持系统成本和复杂度的前提下实现DOI解码,提升PET系统的成像性能.     

一种光纤光声SO2气体浓度传感器的研究

论述了光声光谱信号的产生原理,研究了一种新型光声光纤SO2气体浓度传感器,建立了适合应用光纤作为传感器的数学模型。采用染料激光器作为激励光源,用光纤位移传感器代替传统的微音器,测量被气体吸收并转变为声压信号,从而对SO2气体浓度进行测量。给出了实验结果,分析了影响灵敏度的主要因素,提出了相应的改进措施。     

基于菲涅耳透镜开放光路天然气泄漏检测系统设计研究

天然气泄漏直接导致能源浪费和环境污染,造成重大经济损失。以可调谐半导体激光吸收光谱技术为基础的光学检测方法具有精度高、选择性强、响应速度快以及远距离遥测等优点,使其成为天然气站场以及天然气输运管道在线监测的理想方法。可调谐半导体激光吸收光谱与谐波探测相结合,设计了一套开放式长光程的用于天然气泄漏监测的实验系统。它以中心波长为1.65 μm的分布式反馈InGaAS激光器为光源,利用实心角反射器,在发射端以菲涅耳透镜为光学接收系统,把反射回来的光聚焦到InGaAs探测器。同时,在测量过程中,考虑到光强变化对浓度的影响,并通过归一化光强的方法进行消除,使光强波动引起的误差小于1%。在320 m的光程下模拟管道泄漏实验,系统的检测灵敏度为0.1(10-6体积比),根据光学系统收光效率以及探测器的可探测性能进行分析的最小光强,计算得到该系统可探测的光程可达2 000 m,证明完全满足天然气泄漏检测的需求。