环境监测技术及其发展方向

介绍了国内对环境监测技术的迫切需要,论述了环境监测技术的发展和现状,指出灵敏光谱监测技术是环境监测技术的未来发展方向。     

Fiber-distributed multi-channel open-path H_2S sensor based on tunable diode laser absorption spectroscopy

Tunable diode laser based gas detectors are now being used in a wide variety of applications for safety and environmental interest. A fiber-distributed multi-channel open-path H2S sensor based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is developed, the laser used is a telecommunication near infrared distributed feed-back (DFB) tunable diode laser, combining with wavelength modulation spectroscopy technology, a detection limit of 20 ppm·m is demonstrated. Multi-channel detection is achieved by combining optical fiber technique. An on-board reference cell provides on-line sensor calibration and almost maintenance-free operation. The sensor is suitable for large area field H2S monitoring application.     

调谐半导体激光吸收光谱自平衡检测方法研究

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)是利用半导体激光器的波长调谐特性,扫描待测气体特征吸收线,从而获得待测气体的浓度信息。基于可调谐半导体激光吸收光谱的自平衡检测方法能够有效地消除激光器光强波动等共模噪声和其他同性干扰的影响。实验表明自平衡检测方法可以获得较理想的结果,检测限低于体积比1.2×10-6,与直接吸收光谱法相比降低了一个数量级。自平衡检测电路简单,自带的电子增益补偿机制能够自动进行平衡探测,该方法不用加信号调制和锁相放大器,直接探测待测气体的吸收光谱,从而降低成本,减小系统装置体积,易于集成为便携式痕量气体检测仪。     

关于钒电池中支路电流（shunt current）的计算

本文针对双极堆式的全钒氧化还原液流电池中，因电极框结构所导致液流过程中存在的支路电流（shunt current）进行分析，提出了支路电流的计算方法并对5组单电池组成的电池组进行了理论计算，并探讨了支路电流对电池性能的可能影响。结果表明：1）支路电流的大小与电池位置密切相关，支路电流呈对称分布，电液通道中电流越接近电堆中心越小。主路电流充电时越靠近电池中心越小，放电时越靠近电池中心越大。2）充电时，电液通道中的支路电流会对接触溶液的双极板产生腐蚀；放电时，过大的支路电流会降低电池的电压、库仑及能量效率。     

土壤重金属铬元素的激光诱导击穿光谱定量分析研究

利用Nd ∶YAG脉冲激光器(波长:1064 nm)作为光源,在实验室自然大气环境下诱导产生土壤激光等离子体,通过等离子体原子发射光谱法定量分析了国家标准土壤样品中元素Cr的含量.实验上研究了在最佳实验条件下土壤中Cr的LIBS分析谱线,测定了Cr元素的定标曲线.实验结果表明,Cr元素浓度在(60—400)×10^-6范围内,元素含量与光谱线强度之间有较好的线性关系;元素Cr浓度分析测量的相对标准偏差(RSD)为7.89%,定量分析结果与标准值的相对偏差为5.3%,Cr元素的检测限为1 关键词： 土壤污染 定量分析 激光诱导击穿光谱 定标曲线     

Measurements of NO2 mixing ratios with topographic target light scattering-differential optical absorption spectroscopy system and comparisons to point monitoring technique

A topographic target light scattering-differential optical absorption spectroscopy(ToTaL-DOAS) system is developed for measuring average concentrations along a known optical path and studying surface-near distributions of atmospheric trace gases.The telescope of the ToTaL-DOAS system points to targets which are located at known distances from the measurement device and illuminated by sunlight.Average concentrations with high spatial resolution can be retrieved by receiving sunlight reflected from the targets.A filed measurement of NO2 concentration is performed with the ToTaL-DOAS system in Shijiazhuang in the autumn of 2011.The measurement data are compared with concentrations measured by the point monitoring technique at the same site.The results show that the ToTaL-DOAS system is sensitive to the variation of NO2 concentrations along the optical path.     

一套测量对流层臭氧的差分吸收激光雷达系统

差分吸收激光雷达是探测对流层臭氧分布的一种先进工具。研制了一套车载差分激光雷达系统,系统基于NdYAG四倍频激光和拉曼频移技术产生紫外差分光源,并采用卡塞格林(Cassegrain)型望远镜,利用光栅光谱仪分离四波长的回波信号,使用光子计数和模拟采集相融合的方式采集数据。讨论分析了系统的测量精度并与臭氧探空仪进行了对比验证实验。实验结果表明,两台仪器测量的对流层臭氧具有很好的一致性,证实了车载差分吸收激光雷达系统及臭氧浓度分析软件的可靠性。     

基于仪器线型订正的开放光程FTIR测量中的水汽谱在线扣除方法

水汽吸收分布于整个中红外波段,它的存在干扰红外光谱的定量分析。文章介绍了一种从傅里叶变换红外光谱仪的测量数据中扣除水汽干扰信号的新方法。该方法首先通过气象参数测量获得气压、温度和相对湿度,结合HITRAN数据库中提供的水汽线强、自展宽、空气展宽等参数,使用逐线积分方法计算出高分辨率水汽吸收谱,再通过仪器线型订正,合成出与仪器分辨率相匹配的水汽谱,将其作为干扰组分直接从测量所得到的含有水汽的混合光谱中扣除。对开放光程FTIR系统的实测数据的分析结果表明,使用该方法可以有效消除水汽干扰,扣除后的光谱包含待测组分的吸收特征和噪声。在开放光程FTIR等无法使用干燥设备去水的观测条件下,使用该方法可以达到较理想的水汽扣除效果。     

窗口可变滑动相关分析方法在激光诱导击穿光谱谱线自动识别中的应用

激光诱导击穿光谱(LIBS)谱线具有很窄的展宽,且光谱仪因外界温度条件的变化存在波长漂移,光谱数据为离散数字信号,受噪声、谱线重叠及连续背景的影响,信号存在失真和变形。而目前光谱仪自带谱线识别分析软件主要以"就近原则"为主,错误率较高,必须依赖于人眼的观察对比。针对这个问题,在研究LIBS光谱特性的基础上,提出了一种窗口可变滑动相关分析方法(CAASW),用于激光诱导击穿光谱谱线自动识别。以土壤标准物质为样品,对该方法进行了实验分析和评价,与光谱仪自带分析识别软件相比,CAASW明显提高了识别准确率和识别速度,最终实现了谱线的自动识别。     

一种新型光纤光栅波长与带宽独立调谐的方法

提出了一种新型的光纤光栅的中心波长与带宽独立调谐的方法。将光纤布拉格光栅(FBG)粘贴于圆环形薄壁截面梁的外表面,通过旋转圆环形薄壁截面梁,即相当于改变光纤光栅的位置来实现中心波长与带宽的独立调谐。实验上得到了6.706 nm准无啁啾的中心波长调谐和5.368 nm的准无中心波长漂移的最大带宽调谐,并且此中心波长和带宽调谐均与拉力呈线性关系,实验结果与理论分析一致。