渐近非对称陀螺分子H122C16O的高温光谱

在直接计算分子配分函数的基础上,将无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数,计算了渐近非对称陀螺分子H¹²₂C¹⁶O 100000-000000跃迁在中等温度和高温下的线强度. 计算结果在500K时与HITRAN数据库的结果吻合相当好.在温度高达3000K时与HITRAN数据库的结果仍符合较好,表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的.在此基础上,进一步计算了渐近非对称陀螺分子H¹²₂C¹⁶O 100000-000000跃迁带在极端高温4000和5000K的线强度并报道其模拟光谱.计算结果对大气分子高温光谱的实验测量和理论研究均有一定的参考价值. 关键词： 高温光谱 渐近非对称陀螺分子 配分函数 甲醛     

对称陀螺分子NH3的高温谱线强度研究

在直接计算分子配分函数的基础上,将无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数,计算了对称陀螺分子NH₃ 0300 a—0000 s跃迁在高温下的线强度.在296K,计算的分子总配分函数与HITRAN数据库的结果符合很好,只有0.19%的百分误差.计算的跃迁线强度在2000 K和3000K的高温与HITRAN数据库的结果也符合相当好,最大百分误差分别为-0.65%和-1.77%.这就表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的.在此基础上,计算被扩展到更高温度,报道了对称陀螺分子NH_{3< 关键词： 高温光谱 对称陀螺分子 配分函数 氨}     

渐近非对称陀螺分子H122C16O的高温光谱

在直接计算分子配分函数的基础上,将无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数,计算了渐近非对称陀螺分子H122C16O 100000-000000跃迁在中等温度和高温下的线强度.计算结果在500K时与HITRAN数据库的结果吻合相当好.在温度高达3000K时与HITRAN数据库的结果仍符合较好,表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的.在此基础上,进一步计算了渐近非对称陀螺分子H122C16O 100000-000000跃迁带在极端高温4000和5000K的线强度并报道其模拟光谱.计算结果对大气分子高温光谱的实验测量和理论研究均有一定的参考价值.     

对称陀螺分子NH3的高温谱线强度研究

在直接计算分子配分函数的基础上,将无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数,计算了对称陀螺分子NH3,0300a-0000 s跃迁在高温下的线强度.在296 K,计算的分子总配分函数与HITRAN数据库的结果符合很好,只有O.19%的百分误差.计算的跃迁线强度在2000 K和3000 K的高温与HITRAN数据库的结果也符合相当好,最大百分误差分别为-0.65%和-1.77%.这就表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的.在此基础上,计算被扩展到更高温度,报道了对称陀螺分子NH30300 a-0000 s跃迁在极端高温4000和5000 K的模拟光谱.计算结果对大气分子高温光谱的实验测量和理论研究均有一定的参考价值.     

对称陀螺分子PH30010-0000跃迁带的高温线强度计算

通过直接计算分子配分函数并将常温下的无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数应用到高温,计算了对称陀螺分子PH3 0010-0000跃迁的高温线强度。在296K,计算的分子总配分函数与HITRAN数据库的结果符合很好,只有-0.075%的百分误差。计算的跃迁线强度在2000 K和3000 K的高温与HITRAN数据库的结果也吻合较好,表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的。在此基础上,进一步计算了更高温度4000和5000 K的跃迁线强度,报道了对称陀螺分子PH3 0010-0000跃迁在极端高温4000和5000 K的模拟光谱。计算结果对大气分子高温光谱的实验测量和理论研究均有一定的参考价值。     

臭氧分子同位素16O18O16O的高温光谱研究

在直接计算分子配分函数的基础上,将无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数,计算了非对称陀螺臭氧分子同位素16O18O16O 001-000跃迁在中等温度和高温下的线强度.计算结果在1000 K时与HITRAN数据库的结果吻合相当好.在温度高达3000 K时与HITRAN数据库的结果仍符合较好(最大百分误差为5.48%),表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的.在此基础上,进一步计算了非对称陀螺分子16O18O16O 001-000跃迁带在极端高温4000和5000 K的线强度并报道其模拟光谱.计算结果对大气分子高温光谱的实验测量和理论研究均有一定的参考价值.     

对称陀螺分子PH30010-0000跃迁带的高温线强度计算

通过直接计算分子配分函数并将常温下的无转动跃迁偶极矩平方近似为一常数应用到高温，计算了对称陀螺分子PH3 0010-0000跃迁的高温线强度。在296K，计算的分子总配分函数与HITRAN数据库的结果符合很好，只有-0.075%的百分误差。计算的跃迁线强度在2000 K和3000 K的高温与HITRAN数据库的结果也吻合较好，表明分子配分函数和线强度的高温计算是可靠的。在此基础上，进一步计算了更高温度4000和5000 K的跃迁线强度，报道了对称陀螺分子PH3 0010-0000跃迁在极端高温4000和5000 K的模拟光谱。计算结果对大气分子高温光谱的实验测量和理论研究均有一定的参考价值。     

二氧化碳非对称同位素16O12C17O 00011～00001跃迁带的高温谱线强度

利用本文计算所得配分函数和实验振动跃迁矩平方及Herman-Wallis因子系数,我们计算了二氧化碳同位素16O12C17O分子00011～00001跃迁在296 K和3000 K的线强度.结果显示,在296 K和3000 K时,计算所得线强度与HITRAN数据库提供的数据均符合较好.表明高温下的分子配分函数和线强度的计算是可靠的.从而进一步计算了二氧化碳同位素16O12C17O的000011～00001跃迁在4000 K和5000 K高温下的线强度及模拟光谱.     

1.573μm处CO_2高温谱线参数研究

在吸收光谱测量,特别是高温光谱测量中,吸收分子谱线参数的准确性非常重要,目前普遍使用的HITRAN/HITEMP2004数据库中给出的各项参数具有一定的不确定性,为了对所选1.573μm处的9条可用于燃烧诊断的CO2谱线参数进行校准,文章采用窄线宽二极管激光器作为光源,结合自行搭建的实验室高温测量系统,记录了300～800 K温度范围内所选谱线的高温吸收光谱,获得了各谱线在相应温度下的谱线强度、空气加宽系数及其温度指数等谱线参数.通过实验结果与HITRAN/HITEMP2004数据库中数据间的对比发现两者之间吻合较好,其中谱线强度相对偏差小于3%,空气加宽系数及其温度指数相对偏差分别小于5%和2%.所有各项参数对以后将要进行的燃烧诊断中的CO2浓度监测会有很大帮助.     

基于HITRAN数据库的深海甲烷辐射光谱仿真研究

研发能够精确、实时、原位获取热液甲烷数据的深海甲烷传感器对深海研究具有非常重要的意义。前期研制的两款深海甲烷光学成像干涉系统,均利用甲烷辐射光谱开展甲烷状态参数探测和反演。首先,以分子光谱辐射理论为基础,建立了分子辐射光谱与浓度、温度、压强的理论关系式,结合深海高压环境特点,建立了基于Lorentz线型的深海分子辐射模型,该模型为利用光谱法定量反演分子浓度、温度、压强等状态参数提供理论依据,同时为深海分子光谱仿真提供有力工具。接着,借助HITRAN分子光谱数据库提供的分子基本谱线参数,挑选出甲烷成像干涉系统的光源谱线。对比CH₄分子与CO₂, H₂S, H₂O等分子的特征吸收谱线,在5 990～6 150 cm-1波段范围内,CH₄谱线强度比CO₂, H₂S, H₂O等三种干扰分子的谱线强度约高2～3个数量级,且此波段内甲烷六条有效谱线分布均匀,谱线间距皆约为2～3 nm,非常适合采用光谱法进行分子状态参数探测,因此选择谱线干扰较弱、谱线分布均匀、谱线间距适中的甲烷六条谱线(1 640.37, 1 642.91, 1 645.56, 1 648.23, 1 650.96和1 653.72 nm)作为甲烷成像干涉探测系统的目标光源谱线。最后,基于深海分子辐射模型和HITRAN数据库的甲烷分子基本谱线参数,人工合成了甲烷任意浓度,任意温度和任意压强的辐射光谱数据,并分析了甲烷辐射光谱随浓度、温度和压强的变化特征。对于单一中心谱线,甲烷分子辐亮度随着浓度的升高而线性增大,随着温度的升高而非线性增大,随着压强的升高而非线性减小。对于全波段谱线,甲烷辐射光谱的全线宽随着浓度、温度的升高而变宽,随着压强的升高而变窄。建立的深海甲烷辐射光谱理论和仿真分析结果,可以为基于光谱法的海洋原位甲烷传感器的研制和数据反演提供数据支撑和理论依据。     

1.5μm处CO2与CO高温线强的实验分析与理论计算

本文在采用乘积近似方法计算二氧化碳、一氧化碳分子总的配分函数(其中分子的振动配分函数采用谐振子近似, 转动配分函数采用非刚性转子模型, 并考虑了离心扭曲修正)的基础上, 利用所得配分函数和振动跃迁矩平方的实验值以及Herman-Wallis系数, 计算了1.5 μm 附近二氧化碳30012–00001跃迁带和一氧化碳3–0跃迁带在300–6000 K温度范围内部分温度下的吸收线强; 为验证计算方法和结果的准确性, 在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术搭建的高温测量系统中, 对300–800 K温度范围内部分谱线线强进行了测量, 并把计算结果、测量结果及HITRAN数据库中对应数据进行了对比, 发现相对偏差小于3%, 证明了本方法的有效性, 同时计算及测量所得高温线强数据可对HITRAN数据库进行有效的校正和补充.     

Study on High-Temperature Spectra of Asymptotic Asymmetric-Top Molecule O3

The line intensities of 001-000 transition of the asymptotic asymmetric-top O₃ molecule at several temperatures are calculated by directly calculating the partition functions and regarding the rotationless transition dipole moment squared as a constant. The calculated values of the total internal partition sums (TIPS) are consistent with the data of HITRAN database with -0.61% at 296 K. The calculated line intensity data at 500 K and 3000 K are also in excellent agreement with the data in HITRAN database with less than 0.659% and 5.458% at 500 K and 3000 K, which provide a strong support for the calculations of partition function and line intensity at high temperature. Then we extend the calculation to higher temperatures. The line intensities and simulated spectra of ν₃ band of the asymptotic asymmetric-top O₃ molecule at 4000 and 5000 K are reported. The results are of significance for the studying of the molecular high-temperature spectrum including experimental measurements and theoretical calculations.     

基于可调谐激光吸收光谱技术的二硫化碳中红外光谱参数测量

采用4.6μm附近的量子级联激光器作为光源,搭建了一套二硫化碳(CS2)吸收光谱测量系统,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术,对光谱范围为2178.99—2180.79 cm-1的CS2吸收光谱展开了深入研究,重点测量了2180.5—2180.74 cm~(-1)的四条吸收谱线,利用基于非线性最小二乘的多元线性回归算法对CS2吸收光谱进行拟合,精确得到了该范围内谱线的中心波长、线强以及空气展宽系数等光谱参数.经计算,对应谱线线强不确定度小于5%,空气展宽系数不确定度小于15%,这个结果可作为免标定CS2红外光谱探测的基础光谱参数,对痕量CS2气体传感具有重要意义.未来我们将进一步开展2170—2200 cm-1整个谱段的CS2谱线参数的测量,以期填补其在HITRAN和GEISA数据库光谱参数的空白.     

基于TDLAS技术的水汽低温吸收光谱参数测量

精确的气体光谱参数对气体浓度、温度等的光谱精确反演测量具有十分重要的意义,针对当前主流光谱数据库(例如HITRAN)中数据与实际数值存在相当误差的问题,自主研制了一套基于静态冷却技术的低温光谱实验平台,用于精确测量低温下的气体吸收光谱参数.运用该低温光谱实验平台,采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量了温度为230—340 K、压强为10—1000 Pa时7240—7246 cm~(-1)波段的纯水汽振转跃迁光谱.采用Voigt线型多峰拟合方法,获得了5条水汽振转跃迁谱在不同温度、不同压强下的积分吸光度值及洛伦兹展宽值,运用线性拟合的方法得到这5条吸收线的自展宽半峰全宽系数及参考温度下的线强值.运用不确定度传递公式,计算得到实验结果的不确定度,与HITRAN2012数据库中的线参数进行对比,所测的5条吸收线中实验结果与数据库值最大相差10.96%,且实验结果的不确定度为1.11%—2.98%(置信概率p=95%,包含因子k=2),小于HITRAN2012数据库值的不确定度.     

Calculation of solar radiation atmospheric absorption with different H2O spectral line data banks

A comparison of the atmospheric absorption calculated with different data banks of water vapour absorption lines is made. The HITRAN database, Barber-Tennyson line list (BT2), calculation of Partridge and Schwenke (PS) are considered. The contribution of H₂O lines, absent in HITRAN, to the atmospheric transmission, calculated with 10 cm⁻¹ spectral resolution in the 10 000-20 000 cm⁻¹ spectral region is up to 1.5% for a vertical path and 4% for a solar zenith angle of 70 deg. The highest difference is observed in the 940 nm band. The incoming fluxes of solar radiation, measured by a rotating solar spectroradiometer, were modeled with BT2 and HITRAN database. The difference between measured and calculated fluxes does not exceed the instrumental uncertainties.     

Diode laser measurement of line strengths and air-broadening coefficients of CO2 and CO in the 1.57 μm region for combustion diagnostics

Spectral measurements of two line pairs of CO₂ and CO in the temperature range 300–1000 K at 1.573 µm were performed using a fiber-coupled distributed feedback (DFB) diode laser. The two line pairs can be used in a tunable diode laser (TDL) absorption sensor for simultaneously detecting CO₂ and CO gas in a single scan of the diode laser. The spectral parameters (line strengths, air-broadening coefficients and the temperature exponent n) of the two pairs are presented. The measured data agree well with existing databases (HITRAN 2004 and HITRAN 2008), the discrepancies being less than 5% for most of the probed transitions. Although the HITRAN database is a useful tool for sensor design, we found that laboratory measurements of the spectroscopic data for the line pair selected for high-temperature sensors are necessary for establishing the uncertainty for accurate measurements.