重力测量在地震活动性研究中的应用

2008年5月12日在四川省映秀发生了举世瞩目的汶川地震,汶川地震对人们的生命安全和经济财产造成了巨大的损失,给国家和人民带来不可想象的沉重损失,因此对地震的研究迫在眉睫。在断裂带上进行重力测量,我们可以确定断裂带上的重力场的形态。对断裂带进行重复测量,随着时间的推移可以判定重力场的变化形态,从而间接推断断裂的活动性。     

13CH4分子v3振动带空气和氮气加宽系数温度依赖性研究

采用中红外波段连续可调谐二极管激光器和自行研制的低温吸收池, 测量了温度为296 K, 252 K, 213 K, 173 K时, 3.38 μm附近¹³CH₄分子的四条跃迁谱线的氮气和空气加宽光谱; 首次通过实验获得空气和氮气对¹³CH₄分子的碰撞加宽系数, 以及谱线加宽系数的温度依赖系数. 实验过程中, 利用Voigt线型对所测量的光谱进行拟合. 实验结果表明, 氮气和空气对¹³CH₄分子的碰撞诱导加宽系数随温度的降低而增大; 相同温度下, 氮气对¹³CH₄分子的碰撞加宽系数普遍大于空气加宽系数. 实验数据为地球和外星体大气遥感探测提供了依据.     

2.0μm附近模拟呼吸气体中~(13)CO_2/~(12)CO_2同位素丰度的高精度实时在线测量

采用可调谐二极管激光吸收光谱技术,结合一新型多通池搭建了一套模拟呼吸气体中CO_2同位素丰度的测量装置.气体的压强、温度和流速被很好地控制且均能保持长期的稳定性;采用三次多项式拟合光谱基线,对光谱进行归一化,很好地消除了功率变化对测量结果的影响;利用移窗-回归技术消除频率漂移对同位素丰度测量的影响.实验结果表明:移窗-回归法的引入不仅延长了系统的稳定时间,还提高了系统的测量精度;小波去噪的应用获得了比多光谱平均法高2倍的信噪比;系统的稳定时间为100 s;Kalman滤波后系统测量精度为0.067‰.     

基于MATLAB的重力固体潮理论值计算

太阳和月亮的起潮力使得地球整体发生周期性变化，并使海洋和大气的表面产生周期性涨落，地球整体的周期性变化称为地球的固体潮。地球的固体潮使地球表面任何点至地心的距离都要随时间变化，任何安置在地球表面进行大地测量的仪器，都要受到这种变化的影响。将地球看做球状刚体时，起潮力矢量的垂直分量使得该点的重力值发生变化，这种变化称为地球的重力固体潮。现代高精度重力测量必须顾及固体潮影响。MATLAB是当今最优秀的科技应用软件之一，它高效和矩阵化的编程语言尤其适合进行科学计算，与Excel等主流软件的交互更是方便了数据的输入输出。本文介绍了重力固体潮理论值的计算方法、步骤和公式，给出了用MATLAB计算的程序和实例以及与已知理论值的对比。     

2μm波段高灵敏度离轴积分腔装置实际大气CO2测量

利用分布反馈式(DFB)二极管激光器为光源, 搭建了一套2 μm波段的离轴积分腔输出光谱装置. 利用高纯甲烷气体, 测量了腔镜反射率随腔内气体压力 变化的规律. 当腔内压力为3.59 kPa 时, 标定的镜面反射率为0.99865, 在此条件下, 基长55 cm 的离轴积分腔实现了407.4 m的吸收光程. 选取CO₂ 在4993.7431 cm^-1处的吸收谱线对实际大气中的CO₂浓度进行了测量, 探测限为0.53 ppmv (1σ), 利用小波去噪对光谱信号进行了去噪处理, 信噪比提高了80%, 探测限提高到0.29 ppmv(1σ). 利用搭建的装置在实验室内测量了从上午9时到中午12时实际大气中CO₂的浓度, 并与H₂O/CO₂分析仪进行了同时观测与对比分析, 初步验证了测量装置的可靠性.     

Temperature dependence of line parameters of ~(12)C~(16)O_2 near 2.004 μm studied by tunable diode laser spectroscopy

The absorption spectrum of carbon dioxide at 2.004 μm has been recorded at sample temperatures between 218.0 K and room temperature, by using a high-resolution tunable diode laser absorption spectrometer(TDLAS) combined with a temperature controlled cryogenically cooled absorption cell. The self-, N~(2-), and air-broadening coefficients for nine transitions of ~(12)C~(16)O_2 belonging to the 20012←00001 band in the 4987 cm~(-1)–4998 cm~(-1) region have been measured at different temperatures. From these measurements, we have further determined the temperature dependence exponents of the pressure-broadening coefficients. To the best of our knowledge, the temperature dependence parameters of the collisional broadening coefficients are reported experimentally for the first time for these nine transitions. The measured halfwidth coefficients and the air temperature dependence exponents of these transitions are compared with the available values reported in the literature and HITRAN 2012 database. Agreements and discrepancies are also discussed.     

参数主动控制的痕量气体实时在线测量系统

基于二极管激光波长调制光谱技术建立了一套参数主动控制的痕量气体实时在线探测系统。为提高系统的实时在线测量性能和测量精度,在模拟温度与压强对痕量气体浓度探测影响的基础上,待测气体的温度、压强和流量被主动控制,并能保持长期稳定性。小波去噪和卡尔曼滤波数字降噪技术被联合应用于系统。以CO_2分子吸收为例的实验结果表明,小波去噪的应用将吸收光谱的信噪比提高了30%左右,卡尔曼滤波的应用将CO_2体积分数的测量精度由2.5×10~(-7)提高至7×10~(-8)。Allan方差结果给出了系统的稳定时间,约为60s。实测实验室内CO_2浓度的结果表明,该测量系统具有良好的稳定性和可靠性,能够很好地监测痕量气体浓度的变化。     

基于LabView的气体吸收光谱仿真实验教学设计

大学物理实验是一门巩固相关基础理论知识的重要实践课程,将前沿的科学研究与物理实验相结合有助于培养学生的研究兴趣和科学创新能力。针对气体检测领域重要的科学定理进行分析研究,通过建立LabVIEW仿真实验系统,引导学生自主探究相关参数的物理意义,锻炼学生发现问题和解决问题的能力。     

阵列结构型空间碎片光电望远镜观测精度分析

阵列结构型空间碎片光电望远镜(SDPTA)具有通用性强、视场大、单元众多、覆盖空域广、可靠性高等优点,针对国内首台阵列结构型空间碎片光电望远镜产生的大量观测数据无法识别的问题,提出一种基于两行轨道根数(TLE)数据的快速匹配识别方法。通过计算北美防空司令部(NORAD)发布的TLE数据对阵列结构型空间碎片光电望远镜的观测数据关联比对,用以识别空间碎片;并利用CPF(consolidated prediction format)星历的数据对已识别的数据中的激光星进行外符精度分析,检核识别准确性并对该阵列结构型空间碎片光电望远镜观测精度进行分析。经计算,该阵列结构型空间碎片光电望远镜外符精度为7. 9″。计算分析表明,利用TLE数据对未知碎片进行识别的方法准确有效,望远镜的观测精度达到了设计指标。     

2 μm附近CO2谱线参数测量及应用

吸收光谱技术用于痕量气体浓度监测,特别是在气体分子稳定同位素丰度探测中,吸收谱线参数的准确性非常重要,目前普遍使用的HITRAN数据库中给出的各项参数具有一定的不确定性。为利用2.0 μm激光波段进行CO₂浓度及其同位素丰度探测,需要对该波段的CO₂吸收谱线参数进行校准,采用窄线宽分布反馈式二极管激光器作为光源,结合自行搭建的谱线参数测量系统,采集了2.0 μm波段10条CO₂吸收谱线,获得了各谱线的位置、强度、自加宽系数和N₂加宽系数,并与HITRAN2012数据库中相应的数据进行对比发现两者之间吻合较好,CO₂谱线强度和自加宽系数相对偏差均小于2%。实测实验室大气的CO₂浓度为440 ppm,13CO₂的丰度值δ为-9‰。测量结果为该波段应用于CO₂浓度及13CO₂同位素丰度的实时在线探测提供了重要参考依据。