基于差分吸收光譜技術(shù)的大氣氣體監(jiān)測的研究.pdf

1、差分吸收光譜技術(shù)(DOAS，differentialopticalabsorptionspectroscopy)自20世紀70年代末被人們應用于大氣氣體監(jiān)測以來，在這方面已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。這種技術(shù)由于自身的優(yōu)勢，包括低廉的設(shè)備費用和出色的監(jiān)測能力，在我國應該有著寬闊的前景。 本文主要針對差分吸收光譜技術(shù)的實驗裝置與濃度反演計算方法兩個方面進行了預研性質(zhì)的研究。由于差分吸收光譜技術(shù)是一種弱光檢測技術(shù)，所以對于其相關(guān)實驗裝置來講

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、大氣壓強等因素的影響，使得在現(xiàn)場工作的基于差分吸收光譜技術(shù)的監(jiān)測設(shè)備所測得的光譜與參考光譜存在譜對準偏差。因此，本文在濃度反演計算中，著重對譜對準偏差的校正進行了分析。 本文在實驗裝置的設(shè)計方面，主要對包括光源、收發(fā)裝置、單色儀等部分進

3、行了充分論證，確定了光源和收發(fā)裝置，對單色儀的參數(shù)進行了計算與選擇；在硬件設(shè)計的最后部分，對整個實驗裝置進行了系統(tǒng)整合，使之成為了一個有機的整體。 在濃度反演計算方法，為了校正譜對準偏差，本文采用了坐標匹配變換的校正方法。坐標匹配變換的思想就是將兩個不同的映射關(guān)系經(jīng)過某些數(shù)學變換使之統(tǒng)一在一個映射關(guān)系下。由于坐標匹配變換引入了非線性參數(shù)，所以本文在濃度反演計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、本文對此反演方法本身及其計算誤差進行了詳細的分析，并且以四種氣體組分為例進行了一系列的仿真計算。從文中仿真的計算結(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)坐標匹配變換，采用MLSM反演方法，很好的校正了譜對準偏差，滿足監(jiān)測的要求；三是信噪比較高時能很好的反演出濃度值，并使的計算誤差在允許的范圍內(nèi)；而在信噪比比較小時誤差明顯增大，反演結(jié)果的可信度降低。 本文在硬件方面的設(shè)計工作和在