基于光聲光譜技術氣溶膠光吸收系數(shù)在線檢測裝置的研究.pdf

1、大氣氣溶膠粒子作為地球-大氣系統(tǒng)的重要組成部分，由于其散射太陽輻射、吸收地球輻射及其和云之間的相互作用對氣候及輻射產(chǎn)生顯著影響。同時，氣溶膠也是環(huán)境監(jiān)測的重要對象，是霧霾的關鍵成因，霧霾嚴重影響環(huán)境能見度。氣候強迫和能見度主要取決于氣溶膠的光學特性。因此，對大氣氣溶膠的光學吸收特性的精確測量具有非常重要的意義。光聲光譜技術是一種新型的痕量氣體檢測法，因其可直接在線檢測自然懸浮狀態(tài)的氣溶膠粒子，無需對粒子進行分離處理，且不受粒子散射影響等

2、優(yōu)點，被公認為是研究氣溶膠光吸收特性的有效方法。
　　本文基于光聲光譜技術的理論指導，研發(fā)了一臺用于大氣氣溶膠光學吸收系數(shù)在線檢測的小型化光聲檢測裝置。通過設計高性能的光聲池，在光聲池達到較高Q值的同時又使其諧振頻率不易受外界環(huán)境溫濕度影響，免去了經(jīng)常標定光聲池的必要性；通過抑制檢測裝置的整體噪聲，有效提高了檢測裝置的靈敏度并降低了檢測極限。
　　本文利用研制的小型化裝置，首先對該檢測裝置進行了性能分析，給出了儀器的響應時間

3、、檢測靈敏度和檢測極限，其次對該儀器進行溯源和不確定度分析，隨后使用該儀器測試了人為燃燒產(chǎn)生黑碳氣溶膠驗證了該儀器測試氣溶膠吸收系數(shù)的可行性；接著測試了室外大氣氣溶膠光吸收系數(shù)，發(fā)現(xiàn)出行早晚高峰過后吸收系數(shù)會增大；最后，使用該儀器和杭州市鳳凰山氣象站做了為期一周的對比測試，給出了En值。
　　本論文的主要工作有：
　　1.研發(fā)了一臺用于大氣氣溶膠光吸收系數(shù)在線檢測的小型化光聲檢測裝置。與傳統(tǒng)的光聲系統(tǒng)相比：在產(chǎn)生激光調(diào)制信號

4、方面，我們采用了可以發(fā)出方波信號的數(shù)據(jù)采集卡代替了函數(shù)發(fā)生器；在數(shù)據(jù)處理方面，我們使用了高速的數(shù)據(jù)采集卡結合使用上位機軟件LabVIEW編寫的測試程序代替了鎖相放大器進行光聲信號的鎖相提取運算，極大地簡化了系統(tǒng)裝置，減小了系統(tǒng)體積，更適合現(xiàn)場測量及市場推廣。
　　2.本文通過設計高性能的光聲池，使光聲池在達到較高Q值的同時確保其諧振頻率不易受環(huán)境溫濕度的影響，免去了經(jīng)常校準光聲池的必要性。
　　3.在噪聲處理方面，本文通過對

5、光聲池兩端的窗口片進行鍍膜處理降低窗口片的吸收噪聲，使用消聲器控制氣管的振動噪聲，從而降低了系統(tǒng)整體噪聲，提高系統(tǒng)靈敏度，降低系統(tǒng)檢測極限。
　　4.在裝置校準方面，與傳統(tǒng)的光聲系統(tǒng)使用標準氣體校準的方法相比，本文直接使用室內(nèi)空氣作為標定氣體，以室內(nèi)空氣中的二氧化碳氣體作為吸收物質(zhì)校準裝置。該校準方法使用的緩沖氣體和實際測量大氣氣溶膠時的緩沖氣體基本一致，結果更為真實、準確，且無需額外制備和攜帶標準氣體。
　　5.本文提出了