基于差分吸收光譜技術的大氣氣體監(jiān)測的研究.pdf

1、差分吸收光譜技術(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，在這方面已經取得了長足的發(fā)展。這種技術由于自身的優(yōu)勢，包括低廉的設備費用和出色的監(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的研究。由于差分吸收光譜技術是一種弱光檢測技術，所以對于其相關實驗裝置來講

2、，提供高的信噪比是關鍵，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的監(jiān)測設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，對單色儀的參數進行了計算與選擇；在硬件設計的最后部分，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系經過某些數學變換使之統(tǒng)一在一個映射關系下。由于坐標匹配變換引入了非線性參數，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成的矛盾方程組的最佳工具；二是根據坐標匹配變換，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；而在信噪比比較小時誤差明顯增大，反演結果的可信度降低。 本文在硬件方面的設計工作和在