基于差分吸收光譜技術(shù)的大氣氣體監(jiān)測(cè)的研究.pdf

1、差分吸收光譜技術(shù)(DOAS，differentialopticalabsorptionspectroscopy)自20世紀(jì)70年代末被人們應(yīng)用于大氣氣體監(jiān)測(cè)以來，在這方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。這種技術(shù)由于自身的優(yōu)勢(shì)，包括低廉的設(shè)備費(fèi)用和出色的監(jiān)測(cè)能力，在我國(guó)應(yīng)該有著寬闊的前景。 本文主要針對(duì)差分吸收光譜技術(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置與濃度反演計(jì)算方法兩個(gè)方面進(jìn)行了預(yù)研性質(zhì)的研究。由于差分吸收光譜技術(shù)是一種弱光檢測(cè)技術(shù)，所以對(duì)于其相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置來講

2、，提供高的信噪比是關(guān)鍵，從而使得限制雜散光、消除各種光電子噪聲等變得很重要。因而本文的裝置的硬件設(shè)計(jì)特別注重這一要求。另外一方面，濃度反演方法采取的是最小二乘法。但在獲取光譜過程中，由于環(huán)境溫度、大氣壓強(qiáng)等因素的影響，使得在現(xiàn)場(chǎng)工作的基于差分吸收光譜技術(shù)的監(jiān)測(cè)設(shè)備所測(cè)得的光譜與參考光譜存在譜對(duì)準(zhǔn)偏差。因此，本文在濃度反演計(jì)算中，著重對(duì)譜對(duì)準(zhǔn)偏差的校正進(jìn)行了分析。 本文在實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)方面，主要對(duì)包括光源、收發(fā)裝置、單色儀等部分進(jìn)

3、行了充分論證，確定了光源和收發(fā)裝置，對(duì)單色儀的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與選擇；在硬件設(shè)計(jì)的最后部分，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了系統(tǒng)整合，使之成為了一個(gè)有機(jī)的整體。 在濃度反演計(jì)算方法，為了校正譜對(duì)準(zhǔn)偏差，本文采用了坐標(biāo)匹配變換的校正方法。坐標(biāo)匹配變換的思想就是將兩個(gè)不同的映射關(guān)系經(jīng)過某些數(shù)學(xué)變換使之統(tǒng)一在一個(gè)映射關(guān)系下。由于坐標(biāo)匹配變換引入了非線性參數(shù)，所以本文在濃度反演計(jì)算中采用了線性與非線性最小二乘結(jié)合的混合最小二乘(MLSM)的反演方法。

4、本文對(duì)此反演方法本身及其計(jì)算誤差進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并且以四種氣體組分為例進(jìn)行了一系列的仿真計(jì)算。從文中仿真的計(jì)算結(jié)果中，可以看出，一是線性最小二乘擬合是求解多組分氣體所構(gòu)成的矛盾方程組的最佳工具；二是根據(jù)坐標(biāo)匹配變換，采用MLSM反演方法，很好的校正了譜對(duì)準(zhǔn)偏差，滿足監(jiān)測(cè)的要求；三是信噪比較高時(shí)能很好的反演出濃度值，并使的計(jì)算誤差在允許的范圍內(nèi)；而在信噪比比較小時(shí)誤差明顯增大，反演結(jié)果的可信度降低。 本文在硬件方面的設(shè)計(jì)工作和在