基于可调谐半导体激光吸收光谱的大气水汽检测方法研究

大气与环境光学学报 ›› 2011, Vol. 6 ›› Issue (2): 95-.

基于可调谐半导体激光吸收光谱的大气水汽检测方法研究

许振宇, 刘文清, 阚瑞峰, 张玉钧, 张帅, 束小文, 何莹, 张亮, 汤媛媛

（中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽，合肥，230031）

收稿日期:2010-05-04 发布日期:2011-03-29
通讯作者: 许振宇（1986.09.24-），男，安徽亳州人，中科院安徽光机所研究生，主要从事可调谐半导体激光吸收光谱检测方法研究。 E-mail:zyxu@aiofm.ac.cn
作者简介:许振宇（1986.09.24-），男，安徽亳州人，中科院安徽光机所研究生，主要从事可调谐半导体激光吸收光谱检测方法研究。
基金资助:
中国科学院知识创新工程重要方向性项目（KGCX2-YW-121-1）、中国科学院国防预研基金（CX）

Atmospheric Water Vapor Concentration Measurement Method Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy

XU Zhen-yu, LIU Wen-qing, KAN Rui-feng, ZHANG Yu-jun, ZHANG Shuai, SHU Xiao-wen, HE Ying, ZHANG Liang, TANG Yuan-yuan

（Key Laboratory of Environmental Optics and Technology, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Science, Hefei 230031, China）

Received:2010-05-04 Online:2011-03-29

摘要/Abstract

摘要：

用激光吸收光谱方法对大气水汽浓度检测进行了研究。采用窄线宽的半导体激光器作光源，通过直接吸收光谱技术来反演气体浓度。低阶多项式对直接吸收信号进行基线拟合以消除光强波动获得吸光度曲线，再用非线性拟合Levenberg-Marquardt算法进行线型拟合获取积分吸光度，从而根据HITRAN数据库中或实验室测定的吸收线强和展宽系数等参数来进行水汽浓度的直接反演。选取了1.4 附近的两条水汽吸收线进行了浓度检测验证和分析。

关键词: 大气水汽, 直接吸收光谱, 吸光度, 非线性最小二乘算法

Abstract:

A water vapor concentration measurement method was studied based on direct absorption spectroscopy techniques. Using DFB diode laser as light source, the concentration of water vapor is obtained through the integrated absorbance inversion. First a low-order polynomial baseline fitting was carried out on sub-regions of the transmitted signal to eliminate the effect of diode-laser output power fluctuation and the absorbance curve was obtained. Then integrated absorbance can be inverted through line-shape fitting using Levenberg-Marquardt non-linear least-squares fitting method. Two absorption lines for concentration measurement near 1.4 of water vapor were selected to verify the method.

Key words: atmospheric water vapor, direct-absorption spectroscopy, absorbance, non-linear least-squares method

中图分类号:

O433.5

许振宇刘文清阚瑞峰张玉钧张帅束小文何莹张亮汤媛媛. 基于可调谐半导体激光吸收光谱的大气水汽检测方法研究[J]. 大气与环境光学学报, 2011, 6(2): 95-.

XU Zhen-Yu, LIU Wen-Qing, KAN Rui-Feng, ZHANG Yu-Jun, ZHANG Shuai, SHU Xiao-Wen, HE Ying, ZHANG Liang, TANG Yuan-Yuan. Atmospheric Water Vapor Concentration Measurement Method Based on Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2011, 6(2): 95-.

[1]	王益倩, 刘仕杰, 王格慧, ∗. NH3 对二甲苯光氧化形成二次有机气溶胶的影响[J]. 大气与环境光学学报, 2022, 17(1): 185-194.
[2]	彭于权1,2,阚瑞峰1,许振宇1,夏晖晖1,聂伟1,2,张步强1,2, 裴晓凡1. 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的甲烷/空气预混平焰炉温度测量[J]. 大气与环境光学学报, 2019, 14(3): 228-234.
[3]	程寅刘建国陆亦怀王亚平方武陈军. 紫外吸收法水质监测的光信号探测与处理方法[J]. 大气与环境光学学报, 2009, 4(5): 393-400.