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全光谱傅里叶变换光声光谱的气体检测研究 被引量：1
1
作者 崔佳佳 袁宇鹏 +7 位作者 李尚志 刘小利 邸劲 王耀鑫 崔茹悦 薛积禹 董磊 武红鹏 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期376-383,共8页
提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振... 提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振光声探测模块的高效结合。实验采用卤钨灯热光源与碳棒热光源对甲烷、乙炔等单组分气体及其多组分混合气体进行检测,实现了在1~20μm波段范围内的宽带响应。结果表明,傅里叶变换光声光谱技术融合了傅里叶变换光谱和光声光谱的优势,具备宽光谱响应、高分辨率、并行复用、无背景干扰及无波长选择的特性,可支持气体宽带检测和多气体同步检测,展现出全光谱检测的潜力,广泛适用于从可见光到红外甚至太赫兹波段的检测应用。 展开更多
关键词 傅里叶变换光声光谱 多气体同步检测 宽带检测 光声池 全光谱
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水中重金属的光学参数计算方法及光谱分析——以典型铅化合物为例 被引量：1
2
作者 梁业恒 欧阳宇纯 +6 位作者 许敏端 邓孺孺 雷聪 徐丹 郭昱 谷钰泽 刘蓉 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2149-2155,共7页
基于遥感的水体重金属反演一直是环境遥感领域中的难点方向,其中一个重要原因是与重金属相关的光学参数未被系统地测量形成完整的光谱库,导致遥感反演模型中输入参数的缺失,从而限制了学者们向更深入的方面开展研究。鉴于此,选择四种在... 基于遥感的水体重金属反演一直是环境遥感领域中的难点方向,其中一个重要原因是与重金属相关的光学参数未被系统地测量形成完整的光谱库,导致遥感反演模型中输入参数的缺失,从而限制了学者们向更深入的方面开展研究。鉴于此,选择四种在重金属污染企业生产废水中常见的铅化合物:硫酸铅、四氧化三铅、铬酸铅、硫化铅,测量其在波长范围350~2500 nm的反射率光谱,并对四者的光谱特征进行分析和对比讨论;在此基础上,通过设计反射率和透射光相配合的室内外实验,提出一种能应用在水体重金属遥感模型的化合物样品液吸收系数、散射系数和消光系数计算方法。反射率测量结果发现:四种铅化合物的光谱曲线各自呈现独有的特征,具有明显的可区分性。其中,硫酸铅和硫化铅的反射率总体变化不大,硫酸铅反射率大部分波长维持在80%以上,值域变化幅度约为17%,而硫化铅反射率则总体在15%以下,值域变化幅度约7%;而四氧化三铅和铬酸铅的反射率变化特征均呈较为丰富的“S”型,存在特征的反射峰和谷。四种化合物的反射率大小关系,以波长747 nm为分界处,在此之前变化丰富;之后则趋于稳定,具体为硫化铅<铬酸铅<硫酸铅<四氧化三铅。进一步地,以硫酸铅样品液为例,计算得到其波长范围400~900 nm的吸收系数在0.001 m^(-1)·mg^(-1)·L上下波动,在波长451和848 nm附近出现极小值,725 nm附近出现极大值;散射系数从0.019 m^(-1)·mg^(-1)·L缓慢增加至0.027 m^(-1)·mg^(-1)·L,近似为斜率很小的斜线。结果说明水中硫酸铅对入射光的消光作用主要来自于散射,吸收影响很小,而且散射和消光系数随波长变化不大,近似为粒子散射类型中的“无选择散射”,符合“大颗粒”的散射特征。以上工作不仅为遥感反演过程中敏感波段选择提供参考依据,同时也是实现水中铅浓度遥感反演所必需的基础数据,也为其他重金属化合物光学参数的测量提供方法支撑,进一步为水体重金属遥感理论打下基础。 展开更多
关键词 水体重金属遥感 反射率 散射系数 光谱分析 铅化合物
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基于差分吸收光谱技术的双光源SO_(2)、NO和NO_(2)浓度检测研究
3
作者 笪耀东 石腾达 +4 位作者 王钊 常勇强 李冰倩 高杰 张云刚 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2140-2148,共9页
锅炉排放的SO_(2)和NO_(x)对大气环境质量影响巨大,准确检测其排放浓度对于环境保护至关重要。紫外差分吸收光谱技术由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点,已成为SO_(2)和NO_(x)排放检测的重要手段。便携式SO_(2)和NO_(x)检测设备常用氘灯... 锅炉排放的SO_(2)和NO_(x)对大气环境质量影响巨大,准确检测其排放浓度对于环境保护至关重要。紫外差分吸收光谱技术由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点,已成为SO_(2)和NO_(x)排放检测的重要手段。便携式SO_(2)和NO_(x)检测设备常用氘灯作为光源,但在其光谱范围(180~400 nm)内无法避免NO和NO_(2)的相互干扰从而影响检测准确性。为此,本文提出了一种基于差分吸收光谱技术的双光源SO_(2)、NO和NO_(2)浓度检测方法。通过组合高压氘灯和LED双光源扩展光源光谱范围,采用多项式拟合、小波滤波和最小二乘法对SO_(2)、NO、NO_(2)分别在295~305、220~230以及425~450 nm范围内的光谱数据进行浓度反演,并对SO_(2)和NO出现的高浓度线性偏差以及NO_(2)低浓度偏差进行线性度修正,实现了在宽浓度范围内单组分气体的高精度定量分析。最后,针对SO_(2)与NO在220~230 nm范围内的光谱重叠问题构建了混合气体光谱解算模型,实现了SO_(2)、NO与NO_(2)混合气体分别在0~1000、0~500及0~500 ppm范围的浓度检测。三种物质的最低检出限分别为0.394、0.30和0.78 ppm,相对不确定度为1.00%。 展开更多
关键词 锅炉 二氧化硫 一氧化氮 二氧化氮 氘灯 LED 差分吸收光谱 检测
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基于频域干涉法测量激光加载亚微米铝膜的冲击参数
4
作者 陶天炯 翁继东 +8 位作者 王翔 刘盛刚 马鹤立 李成军 贾兴 陈龙 吴建 唐隆煌 陈永超 《高压物理学报》 北大核心 2025年第4期1-8,共8页
针对镀于石英上的亚微米铝膜样品,将飞秒激光(脉宽35 fs、能量0.5 mJ、中心波长800 nm)聚焦其表面,通过激光烧蚀引起铝的快速热膨胀,驱动冲击波传播,使铝样品获得高压加载。透过铝样品背面的石英窗口,采用频域干涉技术,同时测量了冲击... 针对镀于石英上的亚微米铝膜样品,将飞秒激光(脉宽35 fs、能量0.5 mJ、中心波长800 nm)聚焦其表面,通过激光烧蚀引起铝的快速热膨胀,驱动冲击波传播,使铝样品获得高压加载。透过铝样品背面的石英窗口,采用频域干涉技术,同时测量了冲击径向位移轮廓、粒子速度和冲击波传播速度。通过监测脉冲能量和打靶位置,提高了多发次实验的重复性。采用相位比较算法对实验数据进行分析,实现了亚纳米级的位移分辨率和亚皮秒级的时间分辨率,成功地获得了铝膜在约130 GPa压力下的界面冲击轮廓演化历史。 展开更多
关键词 冲击波 飞秒激光 频域干涉 物态方程
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空间目标光学散射特性计算方法研究
5
作者 张玉双 谢晓钢 +2 位作者 苏华 张飞舟 李果 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第9期182-190,共9页
光学散射特性是空间目标的重要特征,在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求,以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面(OCS)、散射特性或模拟目标图像等不足,对空间目标光学散射特性计算进行... 光学散射特性是空间目标的重要特征,在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求,以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面(OCS)、散射特性或模拟目标图像等不足,对空间目标光学散射特性计算进行了较全面研究,给出了空间目标光学散射特性计算流程,给出了目标OCS、目标辐照度、天光背景亮度、目标星等、信噪比和探测概率等计算公式,根据太阳辐射特性、相对于站址位置、天地背景球辐射特性等,利用图形处理单元(GPU)和着色语言实现任意时刻目标光学散射特性计算(目标OCS、探测器接收到的目标反射光功率和背景光功率、目标星等、信噪比和探测概率、模拟目标亮度图像等)。通过球体和圆柱体实验验证了目标OCS计算正确性。通过光学散射特性仿真实验,给出了空间目标在不同站址、不同反射特性和不同探测窗口下目标光学散射特性计算结果,结果表明,目标光学散射特性计算结果合理。给出了全套计算公式、计算参数和计算结果,对空间目标光学散射特性计算、目标图像识别等研究提供了参考。 展开更多
关键词 光学散射特性 空间目标 微元划分 着色语言 快速计算
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“高光谱技术及其应用”专栏序言
6
作者 何志平 郝小鹏 +1 位作者 于磊 杨原牧 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期I0001-I0002,共2页
高光谱技术凭借其丰富的光谱信息获取能力,在遥感、环境监测、资源勘探、生物医学、公安司法等多个领域发挥着重要作用。近年来,随着高光谱成像设备、光谱探测方法及智能计算技术的快速发展,该领域的研究不断拓展至更高分辨率、更广光... 高光谱技术凭借其丰富的光谱信息获取能力,在遥感、环境监测、资源勘探、生物医学、公安司法等多个领域发挥着重要作用。近年来,随着高光谱成像设备、光谱探测方法及智能计算技术的快速发展,该领域的研究不断拓展至更高分辨率、更广光谱范围、更复杂环境适应性的方向,为精准感知、智能分析和高效应用提供了有力支撑。高光谱图像处理技术可实现多光谱与高光谱数据的融合、复杂场景下的光谱解混及图像增强,提高信息提取的精度和稳定性。在光谱探测与成像系统方面,高衍射效率棱镜光栅、数字微镜阵列光场调控、片上集成光谱检测、大视场宽谱段成像等技术的创新发展,推动了高光谱仪器向高灵敏度、紧凑化和智能化方向演进。此外,高光谱技术在环境监测、公安刑侦、食品安全等领域的应用也得到了进一步拓展,有力赋能新一代光谱分析与感知系统。 展开更多
关键词 生物医学 环境监测 智能计算技术 遥感
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吸收光谱线二次谐波的频率分解和SG滤波复合降噪
7
作者 涂兴华 栾小晨 王战 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1209-1216,共8页
针对微弱气体吸收光谱线的二次谐波信号检测过程中存在的噪声干扰问题,提出利用频率分解(FD)和Savitzky-Golay滤波(SG滤波)相结合方法(简记为FD-SG滤波)对含噪信号进行降噪。频率分解是一种用于分解复杂信号的数学方法,其优点是能够自... 针对微弱气体吸收光谱线的二次谐波信号检测过程中存在的噪声干扰问题,提出利用频率分解(FD)和Savitzky-Golay滤波(SG滤波)相结合方法(简记为FD-SG滤波)对含噪信号进行降噪。频率分解是一种用于分解复杂信号的数学方法,其优点是能够自主选择分解个数或者采用非递归方式求解。SG滤波能够对成组的数据进行处理,在维持信号变化趋势和宽度的同时提高数据的精准度。首先对含噪信号进行频率分解,再进行SG滤波二次降噪处理,最后将滤波后的有效层分量进行重构,得到降噪后的二次谐波信号。讨论分析了频率分解后各层分量的分布情况,验证有效信号主要分布在第一层分量内,并且仍会含有残余噪声;通过构建调节因子P选取最优的SG滤波框长,使得有效层残留噪声得到有效去除。针对空气中的CO_(2),采用1578.222 nm的吸收光谱线进行实验,结果显示二次谐波信号中存在大量噪声,尤其在扫描周期交界处出现大尖峰噪声。通过拟合曲线扣除处理和频率分解,发现大尖峰噪声未明显减弱。随后结合SG滤波处理并比较了二次谐波与大尖峰峰值的关系,结果表明SG滤波能够有效减弱大尖峰噪声,选择合适滤波框长即可得到较为理想的降噪效果。在对人体呼出CO_(2)的二次谐波信号进行检测时,发现吹气引起的湍流导致信号幅值增大并抖动,通过FD-SG滤波处理成功抑制了噪声,恢复出较为平滑的二次谐波信号。验证了该算法对实际微弱气体检测的二次谐波信号降噪的性能,在实现噪声抑制及大尖峰结构噪声的减弱方面表现出较突出的优势。这对微弱气体检测方面提高信号质量和系统精度有积极意义。 展开更多
关键词 可调谐二极管激光吸收光谱 二次谐波 波形恢复 调节因子
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复合缓冲式H型共振光声池设计与优化
8
作者 靳华伟 汤宇昊 +2 位作者 施家胜 方磊 刘文坚 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第6期1521-1526,共6页
在光声光谱检测技术中,光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,对H型共振光声池进行仿真分析,提出了一种圆柱圆台复合缓冲式的H型共... 在光声光谱检测技术中,光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,对H型共振光声池进行仿真分析,提出了一种圆柱圆台复合缓冲式的H型共振光声池。通过comsol软件中热粘性声学物理场接口,仿真分析了圆台高度和底圆半径对光声池内声场的影响规律。结果表明,当其他参数不变时,光声信号声压值随圆台高度的增加呈先增大后减小的趋势。与此同时,改变圆台高度使光声池腔体共振频率发生明显变化,共振频率随圆台高度的增加表现为先减小后增大的趋势。同理,当其他参数不变时,光声信号声压值随圆台底圆半径的增加而减小。改变圆台底圆半径也使光声池腔体共振频率发生明显变化,共振频率随圆台底圆半径的增加而增大。优化后和优化前的光声池品质因数分别为58.84、43.87,优化后的光声池品质因数相比于优化前提升了34.12%,且优化后的光声信号相比于优化前也提升了43.15%。可见,将单一的圆柱形缓冲腔优化为圆柱与圆台相结合的复合式缓冲腔,可有效地提高光声池品质因数和光声信号。同时,优化后的光声池体积进一步减小,有助于光声池的小型化。该研究内容为传统圆柱形光声池的优化设计提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 光声光谱 光声池 复合式缓冲腔 优化设计
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采用小波变换的空间外差干涉图误差分析方法 被引量：8
9
作者 王方原 李晓静 +2 位作者 叶松 李树 王新强 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期8-14,共7页
空间外差光谱技术(SHS)是一种应用于微弱物质探测、行星勘探以及大气遥感等领域的超光谱分析技术。受实验环境复杂及被测目标信号微弱等因素的影响,空间外差光谱仪的测量结果易出现干涉条纹倾斜、干涉图有斑点噪声等情况,从而最终影响... 空间外差光谱技术(SHS)是一种应用于微弱物质探测、行星勘探以及大气遥感等领域的超光谱分析技术。受实验环境复杂及被测目标信号微弱等因素的影响,空间外差光谱仪的测量结果易出现干涉条纹倾斜、干涉图有斑点噪声等情况,从而最终影响测量光谱的精度。为了尝试解决这些问题,提出了基于小波变换的干涉图误差分析方法,对干涉图的斑点噪声水平和条纹倾斜误差进行有效的评价,从而为后续误差校正提供理论基础。首先对无误差的钾灯仿真干涉图加入不同标准差的高斯噪声,利用小波分解提取复小波系数,采用三种噪声估计法对干涉图数据进行计算,结果表明空域相关小波变换法噪声估计结果与真实值偏差最小,而Donoho估计法在修正截距后与真实值具有更好的吻合度。随后采用Db2小波对噪声水平不同的仿真钾灯干涉图进行一层小波分解并提取水平、对角及垂直三个方向的细节系数,采用Donoho估计法对干涉图进行二维噪声分析,有效表征了三幅干涉图各方向上的噪声水平特征。最后对仿真连续光干涉图进行小波分解并提取系数分析,研究了干涉条纹倾斜角度与小波分解系数的关系。研究结果表明,三个方向的小波细节系数估值变化分别在分解到不同层数时具有相似的变化规律:小波细节系数估值与条纹倾斜方向和小波细节系数的所属方向的夹角成反比,条纹倾斜方向与该小波细节系数的方向夹角越小,估值越大,反之则越小,且水平方向分解到第一层、对角方向分解到第二层、垂直方向分解到第三层符合变化规律。该研究是利用小波分解进行空间外差光谱误差分析的有益尝试,也为后续干涉图条纹倾斜误差的校正提供了一种新途径。 展开更多
关键词 空间外差光谱技术 噪声标准差估计 干涉图 小波变换
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基于纳秒LIBS的氢气/空气火焰混合分数测量研究 被引量：1
10
作者 刘子晗 刘艳 +5 位作者 韩磊 单沅 鲁政 高强 李帅瑶 李博 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期24-29,共6页
在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与... 在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与氧化剂混合程度的重要参数,直接影响燃烧的开始、自持以及燃烧化学反应的活跃程度。因此,对燃烧过程中的局部当量比实时在线监测,对于改善燃烧效率、控制燃烧过程具有重要意义。目前,可以实时测量氢气/空气火焰当量比的方法相对较少,激光光谱技术作为一种非侵入式的测量方法,不仅具有实时在线测量的能力,还具有快速、原位、远程分析、多元素同时在线监测等特点,在燃烧测量领域具有重要的应用潜力。采用纳秒激光诱导击穿光谱技术对氢气和空气燃烧场的燃空当量比进行测量研究。氢气和空气在管内混合后,由射流口喷出形成射流燃烧火焰场。激光通过透镜聚焦到射流燃烧场中击穿并产生等离子体,其等离子体的发射光谱由光谱仪采集,实验发现光谱中H 656 nm和O 777 nm具有很强的发射强度,且光谱强度随着当量比的变化,呈现规律性变化趋势。因此,采用H 656 nm和O 777 nm的光谱分别标示氢气和空气,并将其比值作为燃空当量比的测量参量。实验在氢气空气混合均匀的低速流场中测量了不同当量比下H 656 nm与O 777 nm的光谱强度比值,并与当量比建立标定曲线,实验发现该标定曲线对燃烧场和非燃烧场同样适用。基于标定曲线,我们研究了存在外界掺混情况下,射流燃烧场的局部燃空当量比情况。在当量比1.0,流场速度为20 m·s^(-1)的射流燃烧场中,测量了射流中心位置不同高度的燃空当量比变化情况,并在相同工况下进行了数值模拟。模拟结果与实验测量吻合较好,验证了纳秒激光诱导击穿光谱技术测量氢气/空气混合气的燃空当量比的可行性。该方法可为氢气燃烧基础研究及数值模拟提供技术支持。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 氢能 当量比 模拟
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光声光谱二氧化碳传感的种子活力检测 被引量：1
11
作者 郭振宇 樊亚杉 +5 位作者 翟保杰 谢睿隽 尚智金 田亚莉 邱选兵 李传亮 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期367-376,共10页
为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场... 为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)开发板的信号处理模块,实现了激光驱动电流的精准调控以及光声信号的解调,通过优化调制频率、激光调制深度和工作压力等系统参数,传感系统在1089 s的积分时间内获得了0.6×10^(-6)的最低检测极限。根据国标GB/T 3543.1,选用30 g南粳水稻种子进行了发芽实验,并与光声传感实验测得的CO_(2)演化浓度进行了线性拟合。结果表明,南粳水稻种子呼吸速率与种子活力成正比,二者的相关度达到0.979,为使用光声光谱技术测定水稻种子活力水平提供了参考依据。 展开更多
关键词 光声光谱技术 种子活力检测 亥姆霍兹光声池 二氧化碳
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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究 被引量：1
12
作者 李浩然 曾议 +5 位作者 朱磊 窦科 刘志宏 常振 江宇 司福祺 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期15-23,共9页
光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。 展开更多
关键词 光解速率 光谱仪 辐亮度 光学接收器
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煤炭地下气化产物甲烷高温高压光谱测量技术研究 被引量：1
13
作者 王旭东 姜黎明 +7 位作者 梅教旭 王瑞峰 古明思 陈家金 谈图 王贵师 刘锟 高晓明 《量子电子学报》 北大核心 2025年第1期27-36,共10页
煤炭地下气化是实现煤炭清洁高效利用的一种重要途径。针对煤炭地下气化产物甲烷在高温高压环境下的检测难题,提出了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的高温高压甲烷宽谱测量及气体参数反演方法。首先,基于宽波长可调谐半... 煤炭地下气化是实现煤炭清洁高效利用的一种重要途径。针对煤炭地下气化产物甲烷在高温高压环境下的检测难题,提出了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的高温高压甲烷宽谱测量及气体参数反演方法。首先,基于宽波长可调谐半导体激光器,建立了一套高温高压甲烷吸收宽谱测量系统;然后,利用该系统测量了2.05%的标准浓度甲烷气体在温度为200℃和400℃、压力为0.5×10^(6)~3.0×10^(6)Pa条件下的吸收光谱,光谱测量范围为6010~6190 cm^(−1);最后,基于吸收光谱,利用最小二乘拟合算法实现了甲烷浓度、温度、压力多参数同时反演,各参数反演结果误差均在10%以内。本工作为实现煤炭地下气化产物甲烷气体的在线检测提供了一种有效可行的手段。 展开更多
关键词 光谱学 光谱测量反演 可调谐半导体激光吸收光谱 甲烷 高温高压
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光谱辐射计与热电式太阳辐射表的外场比测分析
14
作者 刘丽莹 李宁 +7 位作者 郑峰 胡小旭 李晖 邵长亮 崇伟 吴志峰 花卫东 张永宏 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3035-3047,共13页
太阳光谱辐照度的精确测量在气象监测、气候变化研究及太阳能应用等领域至关重要。传统热电型辐射表在长期观测中具有广泛应用,但受光谱匹配误差影响,测量精度存在一定局限性。光谱辐射计作为新型精密测量设备,能够提供高光谱分辨率数据... 太阳光谱辐照度的精确测量在气象监测、气候变化研究及太阳能应用等领域至关重要。传统热电型辐射表在长期观测中具有广泛应用,但受光谱匹配误差影响,测量精度存在一定局限性。光谱辐射计作为新型精密测量设备,能够提供高光谱分辨率数据,为太阳辐射的精细化测量提供新的技术手段。该研究通过外场比测实验,系统分析了光谱辐射计与热电型辐射表的测量一致性及偏差来源。结果表明,在全晴天条件下,两类仪器的测量数据具有较高的线性相关性(法向直接辐照度拟合残差<0.5%,水平总辐照度拟合残差<5%),在太阳光谱吸收峰区域,光谱辐射计展现出更精细的光谱结构,可以用于评估热电型辐射表的光谱误差。基于ISO 9060:2018标准,验证分析了光谱辐射计在量化热电型辐射表光谱误差方面的可行性,重点分析了太阳天顶角对测量误差的重要影响,在高光学大气质量条件(AM>5)下,光谱辐射计与热电型辐射表的测量结果具有更显著的非线性偏差,反映了大气散射特性、仪器视场角及光谱响应曲线之间的相互影响作用。从外场比测分析研究的结果来看,光谱辐射计为太阳辐射测量提供了一种更精细化的补充手段并为热电辐射表光谱误差的特性评估提供了必要设备。未来,通过光谱辐射计与传统辐射仪的融合应用,可进一步提升精确观测太阳辐射的技术能力,为气象、环境监测及可再生能源应用提供更可靠的数据支持。 展开更多
关键词 光谱辐射计 热电型辐射表 外场比测 光谱误差 太阳光谱监测
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亚多普勒波长调制NICE-OHMS叠加光谱干扰抑制
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作者 李岩柯 章博 +4 位作者 赵刚 周晓彬 杨家琪 闫晓娟 马维光 《光学精密工程》 北大核心 2025年第5期665-676,共12页
为了抑制叠加光谱对光谱信息提取准确性的影响,提出一种基于亚多普勒噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)的多气体光谱检测方法,利用高精细度光学腔内建立起的高激光功率激发饱和吸收,显著提升光谱分辨率,抑制杂质气体的光谱干... 为了抑制叠加光谱对光谱信息提取准确性的影响,提出一种基于亚多普勒噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)的多气体光谱检测方法,利用高精细度光学腔内建立起的高激光功率激发饱和吸收,显著提升光谱分辨率,抑制杂质气体的光谱干扰,并结合波长调制技术,消除亚多普勒上残余多普勒背景的影响。建立了波长调制亚多普勒NICE-OHMS模型,以1531 nm处C_(2)H_(2)和NH3跃迁线为例进行实验。实验结果表明:在波长调制频率为150 Hz,调制幅度为2.68 MHz的条件下,光学腔内可以激发饱和度为12.10的C_(2)H_(2)亚多普勒吸收信号,并且C_(2)H_(2)的亚多普勒不会受到相邻NH3光谱以及多普勒背景的干扰,通过阿伦方差分析系统探测灵敏度达到1.163×10^(-12)cm^(-1)。上述分析表明,利用该技术可以有效消除杂质气体的光谱干扰,同时保证光谱系统的高灵敏度和高选择性。 展开更多
关键词 激光吸收光谱 噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术 亚多普勒 叠加光谱
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低压环境下飞秒激光诱导氰基化学发光特性研究
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作者 单沅 严浩 +5 位作者 刘旭辉 韩磊 鲁政 刘子晗 李博 高强 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2445-2451,共7页
飞秒激光分子标记测速是目前主流的非侵入式测速技术,在常压环境下的速度场测量方面应用广泛,尤其是在超声速及高超声速流场测量方面极具优势。目前,飞秒激光分子标记测速方法主要包括标记氮气分子的飞秒激光电子激发标记测速技术和标... 飞秒激光分子标记测速是目前主流的非侵入式测速技术,在常压环境下的速度场测量方面应用广泛,尤其是在超声速及高超声速流场测量方面极具优势。目前,飞秒激光分子标记测速方法主要包括标记氮气分子的飞秒激光电子激发标记测速技术和标记甲烷/氮气混合气的飞秒激光诱导氰基化学发光测速技术(FLICC)。与飞秒激光电子激发标记测速技术相比,FLICC技术的信号强度和持续时间都具有极大的优势,其测速范围和适用场景也得到了极大的拓宽。该技术可以为高速风洞、航空航天推进系统等环境下的流场速度测量提供技术支持。然而,高速流场往往伴随着低压的环境,如地面的低压风洞、近地或深空等环境。因此,研究低压环境下的流场测速技术具有重要的意义。目前,FLICC技术在低压环境下测速的适用性还无法确定。由于FLICC技术是通过拍摄发光分子在一定时间内的位移获得速度信息,因此被标记分子发光的强度和持续时间直接决定着该技术的应用可行性。在低压环境下,由于粒子数密度降低,飞秒激光与分子作用以及粒子之间的能量传递都会受到影响,进而影响发光的强度和寿命。本工作主要研究从常压到低压环境下FLICC的发光特性,实验中,低压腔压力可以在10 Pa至0.1 MPa间调节,腔内为1%浓度的CH_(4)/N_(2)混合气,飞秒激光入射到低压腔中与混合气作用,诱导化学反应生成高能态的CN,通过CN(B-X)的跃迁发出荧光,利用ICCD相机和光谱仪对光谱进行成像。通过拍摄不同时间延迟下的光谱信息,获得不同压力下CN发光谱线的强度和持续时间,建立了光谱强度随压力的变化曲线。结果表明,随着压力的降低,CN的发光强度逐渐下降,在10 Pa的压力下仍保持着较好的信号强度,通过ICCD相机的延迟成像,获得其荧光寿命约为5μs,满足FLICC的测速要求。该研究为FLICC技术在低压环境下的应用打下基础。 展开更多
关键词 飞秒激光 化学发光 光谱 低压
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基于多策略改进北方苍鹰算法的多光谱辐射测温方法
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作者 陈智炜 高山 +3 位作者 韩月 刘海龙 陈立伟 王桐 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第10期2107-2115,共9页
为了解决多光谱辐射测温中发射率先验信息未知且提前假设发射率模型不匹配的问题,本文提出了基于多策略改进北方苍鹰算法的多光谱辐射测温数据处理方法。相比于传统北方苍鹰算法,通过引入最佳值引导策略、减法优化器算法、柯西变异、动... 为了解决多光谱辐射测温中发射率先验信息未知且提前假设发射率模型不匹配的问题,本文提出了基于多策略改进北方苍鹰算法的多光谱辐射测温数据处理方法。相比于传统北方苍鹰算法,通过引入最佳值引导策略、减法优化器算法、柯西变异、动态更新等操作改进算法,方程求解具有更高的精度以及收敛速度。对6种典型发射率模型以及火箭发动机羽焰温度实验的数据进行处理,反演后的温度最大相对误差都小于1%,且单次反演时间小于0.5 s,证明了本文算法是可靠有效的,为多光谱温度在线监测提供了一种新的思路和方法。 展开更多
关键词 多光谱 发射率 北方苍鹰 数据处理 辐射测温 启发式算法 温度反演 无模型化光谱测温
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提升多次反射腔增强拉曼气体检测灵敏度
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作者 李尚锦 丁腾龙 +4 位作者 张衍群 苏殿强 姬中华 马维光 赵延霆 《光学精密工程》 北大核心 2025年第11期1691-1699,共9页
针对拉曼散射面积小,从而导致拉曼信号弱和检测灵敏度低的问题,通过优化光路有效增强了拉曼散射信号强度,并提升了检测灵敏度。在腔内不同反射模式和收集系统角度的研究基础上,探讨了入射光的偏振状态和双路收集系统对拉曼散射信号的影... 针对拉曼散射面积小,从而导致拉曼信号弱和检测灵敏度低的问题,通过优化光路有效增强了拉曼散射信号强度,并提升了检测灵敏度。在腔内不同反射模式和收集系统角度的研究基础上,探讨了入射光的偏振状态和双路收集系统对拉曼散射信号的影响。基于优化后的参数构建了一套多次反射腔体,以空气中氧气和氮气的拉曼光谱作为参考信号。实验结果表明,P偏振入射光的信号强度比S偏振提升了1.3倍,收集系统升级为双路后,增加了总的散射光收集量,提升了拉曼散射收集效率,双路收集系统的信噪比较A路提升了1.5倍,较B路提升了1.7倍。优化后的装置可以实现对空气中二氧化碳的检测。信号强度与气体浓度之间良好的线性关系表明此装置具有定量分析的能力。 展开更多
关键词 光谱学 拉曼光谱 气体检测 腔增强 近共心腔
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基于COMSOL动网格的电磁轨道炮动态电磁特性仿真
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作者 闫林波 何欣波 +2 位作者 魏兵 杨谦 李林茜 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第1期26-32,共7页
精确、快速求解电磁轨道炮电磁特性,对于电磁轨道炮动态特性研究和可靠性设计具有重要意义。基于COMSOL动网格功能,提出一种新的网格划分形式—滑移网格+动网格划分。对电枢区域及枢轨接触的轨道部分进行滑移网格划分,对于其余轨道部分... 精确、快速求解电磁轨道炮电磁特性,对于电磁轨道炮动态特性研究和可靠性设计具有重要意义。基于COMSOL动网格功能,提出一种新的网格划分形式—滑移网格+动网格划分。对电枢区域及枢轨接触的轨道部分进行滑移网格划分,对于其余轨道部分进行动网格划分。这种划分方式不但能解决“静网格”计算准确性低(粗网格)与计算复杂度高(细网格)的问题,也能准确求解瞬态以及快速移动的模型的动态电磁特性。采用脉冲激励电流对所建立的电磁轨道炮模型进行仿真分析。比较了三种静网格与本文提出的网格划分方式的计算时间、计算单元个数。并对不同网格划分方式对于电枢运动速度、电枢中心位置处电流密度分布的仿真结果进行比较,数值计算结果证明了所提出的网格划分方式的有效性与高效性。 展开更多
关键词 电磁轨道炮 全局微分方程 动网格 电流扩散 激励电流
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基于TDLAS多线吸收的超燃冲压发动机直连台架燃烧场二维分布测量
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作者 夏晖晖 张顺平 +5 位作者 杨顺华 阚瑞峰 许振宇 阮俊 姚路 黄安 《实验流体力学》 北大核心 2025年第1期80-86,共7页
本文针对超燃冲压发动机燃烧室扩张段非均匀流场温度和水汽浓度二维分布的高分辨率测量需求,发展了先进的可调谐激光吸收光谱(TDLAS)燃烧场分布重建技术,该技术通过增加激光测量光路上扫描获得的水汽吸收谱线数目,实现场分布重建问题求... 本文针对超燃冲压发动机燃烧室扩张段非均匀流场温度和水汽浓度二维分布的高分辨率测量需求,发展了先进的可调谐激光吸收光谱(TDLAS)燃烧场分布重建技术,该技术通过增加激光测量光路上扫描获得的水汽吸收谱线数目,实现场分布重建问题求解方程数量的增加;通过联立所有交叉光路下吸收光谱获得的吸光度方程,构建以温度和浓度为未知数的最优化目标函数;并采用全局寻优模拟退火算法对目标函数进行求解,实现温度场和水汽分压场的重建。发动机直连台架试验中,采用正交光路布局,设计共16条测量光路(水平5条、垂直11条)的方形光机结构,集成TDLAS测量系统。对5只DFB激光器采用分时直接吸收探测方式,测量频率4 kHz,每条测量光路下可扫描获得5条水汽吸收谱线(7467.77、7444.36、7185.60、7179.75和6807.83 cm),系统在高温炉上开展了多温度台阶标定测试,温度测量偏差在2.7%以内。外场试验中,对16条光路下同步采集到的吸收光谱数据进行离线处理,获得了发动机燃油点火、燃烧、熄火各个状态下的温度场和水汽分压场分布数据。试验结果表明:TDLAS多线吸收测量技术能够实现场分布准确稳定测量,满足发动机复杂燃烧流场诊断和恶劣工况工程应用需求。 展开更多
关键词 超燃冲压发动机 燃烧诊断 场分布二维测量 可调谐激光吸收光谱 全局寻优重建算法
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