图片简介:
本技术提出一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱技术领域，用于待测气体温度快速提取。该温度快速提取
方法包括以下步骤：获取波数扫描的激光穿过待测气体后的吸收谱；计算吸收谱随波数变化曲线的一阶微分和二阶微分；建立温度快速提取模型；
使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体温度值。本技术仅利用一个激光吸收光谱即可进行温度快速提取，有效利用吸收
谱的形状信息，简化了传统的双吸收谱线温度提取方式。同时温度快速提取方法计算时间短，适于硬件实现，在温度实时测量方面具有广阔的前
景。
技术要求
1.一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，所述的温度提取方法首先使波数扫描的激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被01号光电探镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，综合两个探测器的信号和压力计测量的待测气体压力获得激光穿过待测气体后的吸收谱，然后计算微分，接着建立温度快速提取模型，最后使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体的温度值。
2.按照权利要求1所述的一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，其特征在于该温度快速提取方法包括以下步骤：
步骤一、获取激光穿过待测气体后的吸收谱；激光器输出中心波数为ν0[cm-1]、波数扫描的激光，激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被0从时间到相对波数的转换关系f，结合用于待测气体压力初步测量的压力计示数pm得到K个采样点处的绝对波数νa与时间t的关系：
va＝f(t)+v0+pmδ (1)
式中，δ为该吸收谱线的压致频移系数，另一路光纤分束器输出的激光接入准直镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，获得透射信号光强I 收的位置拟合激光光强基线I0(t)，根据吸收率的定义，激光穿过待测气体后随时间变化的吸收率α(t)的计算公式为：
结合式(1)与式(2)得到随绝对波数变化的吸收率α(νa)，即吸收谱；
步骤二、计算吸收谱的一阶微分和二阶微分；对绝对波数值νa进行预处理：
获得预处理后的吸收谱α(ν)，计算预处理后的吸收谱α(ν)的三次样条插值函数Sp(ν)，即在所有波数点ν上选择(s+1)个节点w0,w1,…,ws，各节点间满足下述关系vmin＝w0＜w1＜…＜ws-1＜ws＝vmax (4)
式中，νmin和νmax分别是波数点的最小值和最大值，使得三次样条插值函数Sp(ν)在每个小区间[wi-1,wi](i＝1,2,...,s)上是三次多项式，且在每个节点处函数值、续：
式中，s1,i,s2,i,s3,i和s4,i是第i个小区间内三次多项式的系数，和分别是是三次样条插值函数Sp(ν)在第(i+1)个节点wi左侧区间和
波数点两端点的三阶导与这两端点的临近点的三阶导相等的非扭结边界条件唯一确定三次样条插值函数Sp(ν)，然后获得其一阶微分和二阶微分作为吸收谱的
分
步骤三、建立温度快速提取模型；Voigt线型函数是Gauss线型和Lorentz线型的卷积，记高斯线型的半高宽为m，洛伦兹线型的半高宽为ΔC，并有半宽比参数a
吸收谱α(ν)与标准Voigt线型F的关系为：
式中，为吸收率对全波长的积分，即积分吸收率，波数ν与无量纲化波数x的关系为：
式中，n＝-2ln2Δ，其中Δ为压力导致的频率移动；
由于标准Voigt线型F和无量纲化波数x在任意波数x处满足微分方程：
式中，将式(8)和式(9)带入式(10)，并考虑到m和A不为零，得到：
上式对任意一个波数点ν均成立，联立K个波数点处的微分方程，得到线性方程组：
式中：
步骤四、使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体的温度值；使用多元线性回归算法求解线性模型(12)：
C＝(XTX)-1XTY (15)
得到反演系数C2,C4,C5和C6，然后根据式(14)从反演系数中可以得到Gauss线型的半高宽mR，压力导致的频移ΔR，Lorentz线型的半高宽ΔC,R和积分吸收率A
其中根据Gauss线型的半高宽mR可以进一步得到待测气体的温度TR：
式中，M为待测气体摩尔质量。
技术说明书
一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法
技术领域
本技术提出一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱技术领域。该方法用于使用一个激光吸收光谱进行待测气体温度快背景技术
可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术由于其非侵入、高速、测量准确、系统简单成本低、抗干扰能力强等优度和典型产物浓度的测量。2019年Chang Liu等人发表在《应用光谱学综述》(Applied Spectroscopy Reviews)第54卷第1期1-44页的论文《激光吸收光谱学应用于述》(Laser absorption spectroscopy for combustion diagnosisin reactive flows：Areview)中综述了激光吸收光谱学在关键原理、传感器和仪器方面的进展和实际燃的TDLAS温度提取是使用比色法测量均匀气体温度或路径平均气体温度。2011年Fei Li等人发表在《应用光学》(Applied Optics)第50卷第36期6697-6707页的论光传感器对超燃冲压发动机多流动参数特性的同时测量》(Simultaneous measurements of multiple flow parameters forscramjet characterization using tunable diode-l 数为7185cm-1和7444cm-1的两条H2O吸收谱线在超燃冲压发动机的三个不同位置同时测量得到速度、温度和H2O分压三个参数。比色法提取气体温度利用的吸收光谱的积分值之比，而没有利用到吸收光谱的形状信息。
事实上，激光吸收光谱的形状中包含待测气体的压力、温度和浓度信息，因此，利用单一吸收光谱的形状信息可以进行温度提取。对于吸收光谱形状的准确等人发表在《传感器》(Sensors)第18卷第12期4295页的论文《用于提高近红外可调谐二极管激光吸收光谱技术的数学方法和算法》(Mathematical Methods and Near-Infrared Tunable Diode-Laser AbsorptionSpectroscopy)中介绍了一系列处理激光吸收光谱信号的数学方法，为获取更高精度的吸收光谱形状信息提供了一些地，TDLAS中的吸收光谱采用Voigt线型描述，Voigt线型是Gauss线型和Lorentz线型的卷积，没有解析表达式，计算成本高。2018年JinyiLi等人发表在《近红外Physics&Technology)第92期6-12页的论文《使用单一谱线Voigt线型退化反褶积的多燃烧参数反演》(Resolving multiplecombustion parameters from a single transi deconvolutionof Voigt lineshape)使用Gauss线型和Lorentz线型的加权和作为Voigt线型的近似，使用Levenberg-Marquardt算法迭代获取线型参数，从而利用单一吸但是，该方法的线型参数求解过程仍然采用迭代拟合的方式，计算速度还有提升空间。2016年Lijun Xu等人发表在《科学仪器综述》(Review of Scientific Instr 的论文《基于数字信号处理器的高精度在线直接吸收光谱Voigt线型拟合》(Digital signal processor-based high-precision on-line Voigt lineshapefitting for direct abs
查找表计算Voigt线型，并在片上实现Voigt线型拟合，再使用比色法得到温度和浓度。但是为保证测量精度，大型的查找表对片上存储带来较大考验。1993年表在《波罗尼卡物理学报》(ActaPhysica Polonica A)第83卷第4期425-430页的论文《非对称Voigt剖面的微分方程》(Differential Equation for Asymmetric Voigt P 特定的二阶线性微分方程，为实现基于吸收光谱形状的温度快速提取提供了可能。但是，目前没有适用于硬件实现的温度提取的快速计算方法和系统。
基于以上背景，本文技术了一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法。根据标准Voigt线型满足的二阶微分方程，在多个波数点处联立微分方程，建立基于提取模型，使用多元线性回归算法求解模型系数，快速提取待测气体的温度值。本方法的优点是使用一个激光吸收光谱提取温度，简化了传统的利用两个吸统。同时本方法提出的线性温度提取方法计算量少，计算时间大大缩短，有望在硬件上实现温度实时测量。
技术内容
针对待测气体的温度提取，本文技术了一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，该方法基于激光吸收光谱在不同波数点均满足的二阶微分方程，建立温单一吸收光谱上的有限采样波数点实现待测气体温度的快速提取。
温度快速提取系统包括激光器、光纤分束器、准直镜、光电探测器两个、马赫曾德干涉仪、压力计、数据采集系统、计算机等。温度快速提取方法首先获取气体后的吸收谱，然后计算吸收谱的一阶微分和二阶微分，接着建立温度快速提取模型，最后使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测下步骤：
步骤一、获取激光穿过待测气体后的吸收谱；激光器输出中心波数为ν0[cm-1]、波数扫描的激光，激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被0从时间到相对波数的转换关系f，结合用于待测气体压力初步测量的压力计示数pm得到K个采样点处的绝对波数νa与时间t的关系：
va＝f(t)+v0+pmδ (1)
式中，δ为该吸收谱线的压致频移系数，另一路光纤分束器输出的激光接入准直镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，获得透射信号光强I 吸收的位置拟合激光光强基线I0(t)，根据吸收率的定义，激光穿过待测气体后随时间变化的吸收率α(t)的计算公式为：
结合式(1)与式(2)得到随绝对波数变化的吸收率α(νa)，即吸收谱；
步骤二、计算吸收谱的一阶微分和二阶微分；对绝对波数值νa进行预处理：
获得预处理后的吸收谱α(ν)，计算预处理后的吸收谱α(ν)的三次样条插值函数Sp(ν)，即在所有波数点ν上选择(s+1)个节点w0,w1,…,ws，各节点间满足下述关系vmin＝w0＜w1＜…＜ws-1＜ws＝vmax (4)
式中，νmin和νmax分别是波数点的最小值和最大值，使得三次样条插值函数Sp(ν)在每个小区间[wi-1,wi](i＝1,2,...,s)上是三次多项式，且在每个节点处函数值、续：
式中，s1,i,s2,i,s3,i和s4,i是第i个小区间内三次多项式的系数，和分别是是三次样条插值函数Sp(ν)在第(i+1)个节点wi左侧区间和
波数点两端点的三阶导与这两端点的临近点的三阶导相等的非扭结边界条件唯一确定三次样条插值函数Sp(ν)，然后获得其一阶微分和二阶微分作为吸收谱的
分
步骤三、建立温度快速提取模型；Voigt线型函数是Gauss线型和Lorentz线型的卷积，记高斯线型的半高宽为m，洛伦兹线型的半高宽为ΔC，并有半宽比参数a
吸收谱α(ν)与标准Voigt线型F的关系为：
式中，为吸收率对全波长的积分，即积分吸收率，波数ν与无量纲化波数x的关系为：
式中，n＝-2ln2Δ，其中Δ为压力导致的频率移动；
由于标准Voigt线型F和无量纲化波数x在任意波数x处满足微分方程：
式中，将式(8)和式(9)带入式(10)，并考虑到m和A不为零，得到：
上式对任意一个波数点ν均成立，联立K个波数点处的微分方程，得到线性方程组：
式中：
步骤四、使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体的温度值；使用多元线性回归算法求解线性模型(12)：
C＝(XTX)-1XTY (15)
得到反演系数C2,C4,C5和C6，然后根据式(14)从反演系数中可以得到Gauss线型的半高宽mR，压力导致的频移ΔR，Lorentz线型的半高宽ΔC,R和积分吸收率A
其中根据Gauss线型的半高宽mR可以进一步得到待测气体的温度TR：
式中，M为待测气体摩尔质量。
附图说明
图1是温度快速提取方法的流程图。
图2是温度快速提取系统的一种典型结构图，由以下部分构成：激光器(101)、光纤分束器(102)、马赫曾德干涉仪(103)、光电探测器01(104)、准直镜(105)、待02(107)、压力计(108)、数据采集系统(109)和计算机(110)。
图3是理论计算出的选定激光吸收谱线穿过待测气体后的吸收谱。
图4是吸收光谱三次样条插值拟合结果。
图5是激光吸收光谱微分计算结果，(a)是一阶微分结果，(b)是二阶微分结果。
具体实施方式
下面结合实例对本技术作进一步说明。
本实例首先给定待测气体以均匀的环境参数，包括压力、温度、气体浓度，以及激光穿过待测气体的路径长度，然后利用HITRAN数据库理论计算选定激光吸吸收谱作为测量数据，最后利用温度快速提取模型提取待测气体温度值，温度提取流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤一、理论计算给定环境参数下选定激光吸收谱线穿过待测气体后的吸收谱。温度快速提取系统的一种典型结构图如图2所示，激光器发出波数扫描的激光后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被光电探测器01接收，另一路经准直镜准直后穿过待测气体并被光电探测器02接收，并使用压力计初步探测气体总压力气体，设定环境参数均匀，压力为1atm，温度为500K，H2O浓度为3％，激光穿过待测气体的路径长度为10cm。选定的吸收谱线的中心波数为ν0＝7168.43cm 7168.3cm-1～7168.9cm-1，波数间隔选取0.001cm-1共601个波数点，即K＝601。由此，利用HITRAN数据库理论计算得到的吸收谱如图3所示。
步骤二、计算吸收谱的一阶微分和二阶微分。首先对绝对波数进行平移，获取预处理后的波数：
使用三次样条插值拟合吸收谱，拟合结果如图4所示，图中黑色实线是理论计算的测量吸收率，灰色虚线是三次样条插值拟合的吸收率，二者吻合的很好。由后吸收谱的一阶微分和二阶微分，分别如图5(a)和(b)所示。
步骤三、建立温度快速提取模型。根据测量得到的激光吸收谱α和预处理后的波数ν，以及吸收谱的一阶微分和二阶微分计算全部波数点处温度快速X601×6：
X601×6＝(X1 X2 X3 X4 X5 X6) (2)
式中，X1,X2,X3,X4,X5和X6均为长度为601的列向量：
并有Y601×1：
Y601×1＝4v2·α (4)
因此有温度快速提取模型：
Y601×1＝X601×6·C6×1 (5)
步骤四、使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体温度值。使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型(5)：
C＝(XTX)-1XTY (6)
得到的温度快速提取模型系数向量C为：
进一步得到Gauss线型的半高宽mR：
最后提取待测气体温度值：
即温度提取值499.51K，与设定温度值500K的相对误差为0.098％，温度提取效果较好。
以上对本技术及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本技术的实施方式之一。在不脱离本技术创造宗旨的情况下，不经创造地设计出与该技例，均属本技术保护范围。
【遥感专题系列】定量/高光谱遥感之——混合像元分解(2013-09-09 09:55:23) 转载▼ 分类：遥感技术 标签： 混合像元分解 端元波谱提取 杂谈 当具有不同波谱属性的物质出现在同一个像素内时，就会出现混合像元。混合像元不完全属于某一种地物，为了能让分类更加精确，同时使遥感定量化更加深入，需要将混合像元分解成一种地物占像元的百分含量（丰度），即混合像元分解，也叫亚像元分解。混合像元分解是遥感技术向定量化深入发展的重要技术。 本文主要介绍以下内容： ?基本概念 ?端元波谱提取 ?混合像元分解 ?基于MNF的MTMF混合像元分解 1.基本概念 ?混合像元 地球自然表面几乎不是由均一物质所组成的。当具有不同波谱属性的物质出现在同一个像素内时，就会出现波谱混合现象，既混合像元（Mixed Pixel）。Singer和McCord（1979）发现如果混合像元的尺度很大（宏观），那么混合像元将存在线性关系。对于微观的混合，混合像元通常表现为非线性关系（Nash and Conel，1974；Singer，1981）。 ?混合像元形成原因 从理论上讲，混合像元的形成主要有以下原因： 1) 单一成分物质的光谱、几何结构、及在像元中的分布； 2) 大气传输过程中的混合效应； 3) 传感器本身的混合效应； 其中：2)和3)为非线性效应，2)可以通过大气校正进行修正；3)可以通过仪器的校准、定标加以部分克服；1)部分是线性效应，也是本文讨论的内容。 ?混合像元分解 混合像元分解技术假设：在一个给定的地理场景里，地表由少数的几种地物（端元）组成，并且这些地物具有相对稳定的光谱特征，因此，遥感图像的像元反射率可以表示为端元的光谱特征和这个像元面积比例（丰度）的函数。这个函数就是混合像元分解模型。 近年来，研究人员提出了许多有效的分解模型，主要有：线性混合光谱模型、模糊监督分类模型、神经网络模型等。其中比较常用的是线性模型，即线性混合光谱模型。 ?线性混合光谱模型
图片简介: 本技术提出一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱技术领域，用于待测气体温度快速提取。该温度快速提取 方法包括以下步骤：获取波数扫描的激光穿过待测气体后的吸收谱；计算吸收谱随波数变化曲线的一阶微分和二阶微分；建立温度快速提取模型； 使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体温度值。本技术仅利用一个激光吸收光谱即可进行温度快速提取，有效利用吸收 谱的形状信息，简化了传统的双吸收谱线温度提取方式。同时温度快速提取方法计算时间短，适于硬件实现，在温度实时测量方面具有广阔的前 景。 技术要求 1.一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，所述的温度提取方法首先使波数扫描的激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被01号光电探镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，综合两个探测器的信号和压力计测量的待测气体压力获得激光穿过待测气体后的吸收谱，然后计算微分，接着建立温度快速提取模型，最后使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体的温度值。 2.按照权利要求1所述的一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，其特征在于该温度快速提取方法包括以下步骤： 步骤一、获取激光穿过待测气体后的吸收谱；激光器输出中心波数为ν0[cm-1]、波数扫描的激光，激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被0从时间到相对波数的转换关系f，结合用于待测气体压力初步测量的压力计示数pm得到K个采样点处的绝对波数νa与时间t的关系： va＝f(t)+v0+pmδ (1) 式中，δ为该吸收谱线的压致频移系数，另一路光纤分束器输出的激光接入准直镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，获得透射信号光强I 收的位置拟合激光光强基线I0(t)，根据吸收率的定义，激光穿过待测气体后随时间变化的吸收率α(t)的计算公式为： 结合式(1)与式(2)得到随绝对波数变化的吸收率α(νa)，即吸收谱； 步骤二、计算吸收谱的一阶微分和二阶微分；对绝对波数值νa进行预处理：
在线半导体激光光谱分析技术 王健 陈人 顾海涛 黄伟 王健先生，聚光科技(杭州)有限公司研究员；陈人先生，工程师；顾海涛先生，工程师；黄伟先生，工程师。 关键词：半导体激光吸收光谱 在线分析 调制吸收光谱 工业过程 半导体激光吸收光谱技术(Diode Laser Absorption Spectroscopy ，DLAS)最早在20 世纪70年代推出时使用中远红外波长的铅 盐半导体激光器，而这类激光器以及相应的 中远红外光电传感器在当时只能工作于非 常低的液氮甚至液氦温度，从而限制了 DLAS 技术在工业过程气体分析领域的应 用。80年代DLAS 技术开始被推广应用于 大气研究、环境监测、工业过程分析、医疗 诊断和航空航天等领域。现已逐渐发展成为 一种非常重要的在线气体分析技术，并受到 了越来越广泛的重视。 一 DLAS 技术原理 1. DLAS 基本原理 DLAS 技术是一种高分辨率吸收光谱技术，通过分析激光被气体的选择吸收来获得气体浓度、温度和压力等参数。半导体激光穿过被测气体后的光强衰减满足Beer-Lambert 关系： I(v)=I 0(v)exp(-S(T)Φ(v-v 0)PXL) (1) 式中I 0(v)和I(v)分别表示频率为v 的单色激光入射时和经过光程L 、压力为P 、温度为T 、浓度为X 的被测气体后的光强；S(T)表示气体吸收谱线的强度，是气体温度的函数；线形函数Φ(v-v 0)表征该吸收谱线的形状，它与气体温度、压力有关；线强S(T)和线形函数Φ(v-v 0)的乘积就是吸收谱线的吸收截面。激光强度的衰减与被测气体含量成定量的关系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可分析获得被测气体的浓度。 DLAS 技术除了可在高温、高流速以及多相流等复杂、恶劣条件下分析测量气体的浓度之外，还可利用气体吸收谱线强度与气体温度的相关机制，实现对气体温度的检测。在某些应用工况下，DLAS 技术能够在进行气体浓度检测的同时，测量出气体温度并对浓度测量温度影响量进行修正(参见式(1))，实现高精度、恶劣环境适应性强的检测。 DLAS 技术测量气体温度通常需要测量被测环境中某一气体两条以上吸收谱线的吸收，核心原理是：通过挑选合适的吸收谱线对使该谱线对吸收线强之比为温度的灵敏函数，这样就可以通过测量该谱线对吸收线强之比来测量温度。 线强比值R 对温度T 的灵敏度是DLAS 温度测量技术的一个重要指标，表示为： T "E "E k hc T/T R/R 21???????=?? （2）
选取合适的端元是成功的混合像元分解的关键。端元选取包括确定端元数量以及端元的光谱。 理论上，只要端元数量m小于等于b+1（b表示波段数），线性方程组就可以求解。然而实际上由于端元波段间的相关性，选取过多的端元会导致分解结果更大的误差。 端元光谱的确定有两种方式：(1) 使用光谱仪在地面或实验室测量到的“参考端元”； (2) 在遥感图像上得到的“图像端元”。方法(1)一般从标准波谱库选择，方法(2)直接从图像上寻找端元可选择的方法有：从二维散点图中基于几何顶点的端元提取，借助纯净像元指数（Pixel Purity Index——PPI）和n维可视化工具用于端元波谱收集，基于连续最大角凸锥（Sequential Maximum Angle Convex Cone——简称SMACC）的端元自动提取。下面介绍几种端元选择的方法。 1基于几何顶点的端元提取 将相关性很小的图像波段，如PCA、IC、MNF等变换结果的前面两个波段，作为X、Y 轴构成二维散点图。在理想情况下，散点图是三角形状，根据线性混合模型数学描述，纯净端元几何位置分布在三角形的三个顶点，而三角形内部的点则是这三个顶点的线性组合，也就是混合像元，如图所示。根据这个原理，我们可以在二维散点图上选择端元波谱。在实际的端元选择过程中，往往选择散点图周围凸出部分区域，后获取这个区域相应原图上的平均波谱作为端元波谱。 图散点图上的纯净像元与混合像元 下面以MNF变换后的第一、第二波段作为X、Y轴构建二维散点图，如图所示。
图 Scatter Plot窗口 2基于PPI的端元提取 借助纯净像元指数（PPI）和n维可视化工具用于端元波谱收集，下面详细介绍操作步骤。 第一步、获取纯净像元 这个步骤是在MNF变换的结果上计算纯净像元指数（PPI），之后选择阈值范围从PPI 图像上获得感兴趣区，感兴趣区包含的像元就是比较纯净的像元。 （1）打开高光谱数据。 （2）在ENVI主菜单中，选择Spectral ->MNF Rotation- > Forward MNF -> Estimate Noise Statistics From Data。在标准ENVI文件选择对话框中，选 择高光谱图像文件。打开Forward MNF Transform Parameters面板，选择MNF输 出路径及文件名，单击OK执行MNF变换。 （3）在ENVI主菜单中，选择Spectral-> Pixel Purity Index->[FAST] New Output Band。在打开的Pixel Purity Index Input File对话框中，选择MNF 变换结果，单击Spectral Subset按钮，选择前面10个波段（MNF后面波段基本 为噪声），单击OK。
利用激光吸收光谱测量火焰中的碳烟颗粒浓度、温度以及气体浓 度 燃烧过程是化学反应和物理变化耦合的极其复杂的反应系统,对燃烧过程中的温度、气体组分浓度以及碳烟颗粒浓度等多种关键参数实现准确可靠的在线监测,以及对多种参数空间分布的同时测量与重建,对优化燃烧系统设计、提高能量利用效率等有着重要的现实意义。此外,对燃烧过程中的多种关键参数实现同时在线监测,对理解燃烧过程中的碳烟等污染物的生成机理也有着非常重要的帮助。 在此背景之下,本文开展了火焰中气固两相多种参数同时测量以及燃烧场中多种参数空间分布重建的研究,并且将新型的多参数同时测量方法应用碳烟颗粒生成的相关化学反应机理研究中。本文首先对研究过程中的分子吸收光谱技术的基本原理及各重要参数进行了详细阐述。 对基于吸收光谱技术的不同测量方法的特点及其适用范围进行了讨论,包括扫描波长直接吸收测量方法、固定波长直接吸收测量方法以及波长调制测量方法等。此外,还详细介绍了用于固体颗粒测量的Mie散射理论及其近似求解方法Rayleigh散射理论。 其次,研究了对高温环境下多种气体的温度和浓度的同时测量。选择位于4996 cm-1附近的CO2吸收谱线作为本实验研究过程中高温下 CO2温度和浓度同时测量的目标谱线对。 对吸收池内不同温度工况（873 K～1273 K）下不同CO2浓度（4%～10%）的CO2/N2混合气体的温度以及CO2浓度的进行了同时在线测量,温度值与设定温度值相比,平均偏差为2.07%,峰值偏差为3.49%;测量得到CO2气体浓度值与配比浓度值相比,平均偏差为
原文地址：混合像元分解中的端元波谱获取方法作者：ENVIIDL 选取合适的端元是成功的混合像元分解的关键。端元选取包括确定端元数量以及端元的光谱。 理论上，只要端元数量m小于等于b+1（b表示波段数），线性方程组就可以求解。然而实际上由于端元波段间的相关性，选取过多的端元会导致分解结果更大的误差。 端元光谱的确定有两种方式：(1) 使用光谱仪在地面或实验室测量到的“参考端元”； (2) 在遥感图像上得到的“图像端元”。方法(1)一般从标准波谱库选择，方法(2)直接从图像上寻找端元可选择的方法有：从二维散点图中基于几何顶点的端元提取，借助纯净像元指数（Pixel Purity Index——PPI）和n维可视化工具用于端元波谱收集，基于连续最大角凸锥（Sequential Maximum Angle Convex Cone——简称SMACC）的端元自动提取。下面介绍几种端元选择的方法。 1基于几何顶点的端元提取 将相关性很小的图像波段，如PCA、IC、MNF等变换结果的前面两个波段，作为X、Y 轴构成二维散点图。在理想情况下，散点图是三角形状，根据线性混合模型数学描述，纯净端元几何位置分布在三角形的三个顶点，而三角形内部的点则是这三个顶点的线性组合，也就是混合像元，如图所示。根据这个原理，我们可以在二维散点图上选择端元波谱。在实际的端元选择过程中，往往选择散点图周围凸出部分区域，后获取这个区域相应原图上的平均波谱作为端元波谱。
图散点图上的纯净像元与混合像元 下面以MNF变换后的第一、第二波段作为X、Y轴构建二维散点图，如图所示。 图Scatter Plot窗口 2基于PPI的端元提取 借助纯净像元指数（PPI）和n维可视化工具用于端元波谱收集，下面详细介绍操作步骤。 第一步、获取纯净像元 这个步骤是在MNF变换的结果上计算纯净像元指数（PPI），之后选择阈值范围从PPI 图像上获得感兴趣区，感兴趣区包含的像元就是比较纯净的像元。 （1）打开高光谱数据。 （2）在ENVI主菜单中，选择Spectral ->MNF Rotation- > Forward MNF -> Estimate Noise Statistics From Data。在标准ENVI文件选择对话框中，选择高光谱图像文件。打开
原子吸收光谱法 原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)，又称原子分光光度法，是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收，由特征谱线的特征性和谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。 中文名 原子吸收光谱法 外文名 Atomic Absorption Spectroscopy 光线范围 紫外光和可见光 出现时间 上世纪50年代
简称 AAS 测定方法 标准曲线法、标准加入法 别名 原子吸收分光光度法 基本原理 原子吸收光谱法(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A，在线性范围内与被测元素的含量成正比： A=KC 式中K为常数；C为试样浓度；K包含了所有的常数。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础
由于原子能级是量子化的，因此，在所有的情况下，原子对辐射的吸收都是有选择性的。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。 原子吸收光谱法谱线轮廓 原子吸收光谱线并不是严格几何意义上的线，而是占据着有限的相当窄的频率或波长范围，即有一定的宽度。原子吸收光谱的轮廓以原子吸收谱线的中心波长和半宽度来表征。中心波长由原子能级决定。半宽度是指在中心波长的地方，极大吸收系数一半处，吸收光谱线轮廓上两点之间的频率差或波长差。半宽度受到很多实验因素的影响。影响原子吸收谱线轮廓的两个主要因素：
基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究本论文课题来源于中国国家自然科学基金项目“新型红外瓦斯和一氧化碳检测仪的研究”、美国xx部项目“xxx”。研究了基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统,采用了可调谐二极管激光吸收光谱技术和腔增强吸收光谱技术研制了四套气体检测系统,检测了甲烷、乙炔、水汽、甲醛等气体。详细介绍了各检测系统的结构和原理,测试了系统的灵敏度、响应时间和稳定性等参数。第一章引言部分介绍了甲烷、乙炔、甲醛等气体的应用和危害,监测这些气体的浓度对于安全生产和环境保护具有重要的意义。 介绍比较了几种常见的气体检测方法:电化学法,催化燃烧法,气相色谱法和红外吸收光谱法。如红外吸收光谱法的优缺点:灵敏度高、响应速度快、寿命长、可以非接触式测量等,可以广泛应用于工农业生产、环境监测、医学诊疗和军事等领域。介绍了红外气体检测技术的种类、国内外发展现状和趋势。包括直接吸收光谱技术、光声光谱技术、腔衰荡光谱技术、腔增强吸收光谱技术和波长调制光谱技术等。 第二章是红外激光吸收光谱技术的理论部分:分子光谱理论和朗伯-比尔定律。气体分子红外吸收光谱产生的原因是分子内部振动能级和转动能级的跃迁,不同种类的气体分子具有不同的吸收谱线位置和强度,气体分子的光谱特征确保了红外气体检测技术的选择性。根据朗伯-比尔定律,待测气体分子对特定波长光强的吸收量与气体浓度有关。第三章主要介绍了基于近红外分布反馈半导体激光器(DFB激光器)和可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的乙炔检测系统,详细介绍了系统结构及检测性能。 设计的电路部分包括高精度、高稳定性的DFB激光器驱动器,数字正交锁相放大器以及光电探测电路。驱动器的温控模块采用积分分离式数字比例积分微分算法,温控过程快速平稳,长期工作波动为±0.01oC,长期稳定性高;设计的数字正交锁相放大器以数字处理器芯片为核心,硬件电路简单、体积小、便于集成。比较了减法预处理电路和除法预处理电路两种信号处理方式,通过实验发现,采用除法预处理电路时,系统具有较低的检测下限。当积分时间为1 s时,阿伦方差为15.8 ppm~2,系统的检测下限为3.97 ppm;积分时间增加到68s时检测下限进一步降低为540 ppb。
Rapid Extraction of High Quality DNA from Whole Blood Stored at 4oC for Long Period Materials and Methods Standard chemicals This method uses standard chemicals that can be obtained from any major supplier; we used chemicals supplied by Sigma Co. as follow: EDTA M), pH : Add gr of anhydrous EDTA to 800 ml of distilled water. Adjust pH to with NaOH pellets. Make up to 1 liter with distilled water. Autoclave at 15 for 15 min. 1 M Tris-HC1, pH : Dissolve gr of Tris base in 800 ml of distilled water. Adjust pH with concentrated HCl. Allow mixture to cool to room temperature before finally correcting pH. Make up to 1 liter with distilled water. Autoclave at 15 for 15 min. Preparation of Red blood cell lysis buffer: M Tris-HCl pH , 320 mM sucrose, 5 mM MgC12, 1% Triton X 100. Add 10 ml of 1 M Tris, gr of sucrose, gr MgC12, adjust pH to and finally add 10 ml of Triton X-100 to 800 ml of distilled water, and make up to 1 liter with distilled water. Autoclave at 15 for 10 min. Sugars at high temperature can cause caramelization (browning), which degrades the sugars [5]. Preparation of Nucleic lysis buffer: M Tris-HC1, mM sodium citrate, 1 mM EDTA, 1 % sodium dodecyl sulphate (SDS). Take 10 ml of 1 M Tris-HC1 (pH , gr of anhydrous EDTA (pH , 10 gr SDS, gr of sodium citrate, and adjust pH to . Make up to 1 liter with distilled water. Autoclave 15 min at 15 TE Buffer, pH : Take 5 ml of 1 M Tris-HCl, pH , 2 mL of M EDTA, pH 8, and make up to 1 liter with distilled water. Adjust pH to and autoclave 15 min at 15. Chloroform prechilled to 4°C. Ethanol (100%) prechilled to -20°C. Procedure of DNA Extraction Before starting DNA extraction, liquid blood venogects should be shake gently by rotating blood mixer (vortex) 1.Pour 500 μl of blood into a ml eppendorf tube and add 1000 μl of red cell lysis buffer. 2.Shake microfuge tube gently (up to homogenizing), then spin for 2 minutes at 7000 rpm. 3.Discard supernatant and repeat steps 1-3 two or three more times to remove hemoglobin. It is important to breakdown the pellet by vortexing and rinses it well in red blood cell lysis buffer in order to clean the white blood cells from residual of hemoglobin. 4.Placing the tube on tissue paper for few seconds downward. Be careful from cross-contamination between different samples. 5.Add 400 μl of nucleic lysis buffer to eppendorf tube. Note: if the pellet formed, you must pipette the pellet up to dissolve it. 6.Add 100 μl of saturated NaCl (5M) and 600 μl of chloroform to eppendorf tube and mix on a rotating blood mixer at room temperature then spin it for 2 minutes at 7000 rpm. 7.Transfer 400 μl of supernatant to a new ml tube. 8.Add 800 μl of cold (-20°C) absolute Ethanol and shake it gently then vortex it. DNA should appear as a mucus-like strand in the solution phase.
实验一红外吸收光谱法 一、实验目的1．了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理2．掌握红外光谱分析的基础实验技术3．学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试4．掌握几种常用的红外光谱解析方法 二、实验原理、方法和手段 （一）实验原理 不同波长的电磁辐射都具有相应的能量，在它与物质的相互作用中，如果其能量与物质的原子、分子或离子的低能态和高能态之间的能量差相同时，物质的 原子、分子或离子便选择性地吸收电磁辐射的能量，同时使自己从低能态跃迁到高能态。如果将透过某物质的电磁辐射用单色器将其色散，让它按波长顺序排列，并测量在不同波长处的辐射强度，就可得到该物质的吸收光谱。 波长在0.76 ym- 1000叩的电磁辐射称为红外光（infrared ray），该区域称为红外光谱区或红外区。红外光又可划分为近红外区（0.76叩?2.5叩或13158cm-1?4000cm-1）、中红外区（2.5 yn?50或4000cm-1?200cm-1）、远红外区（50ym?1000ym或200cm-1?10cm-1）。其中红外区是研究分子振动能级跃迁的主要区域。 红外区的光谱除用波长入表征外，更常用波数（wave number）c表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸汽压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 （二）仪器的基本结构及工作原理 1 ．光源 红外光谱仪（FT）中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度连续红外辐射，如空冷陶瓷光源。随着科技的发展，一种黑体空腔光源被研制出来。它的输出能量远远高于空冷陶瓷光源，可达到60％以上。 2?迈克尔逊干涉仪 其作用是将光源发出的红外辐射转变成干涉光，特点是输出能量大、分辨率高、波数精度高（它采用激光干涉条纹准确测定光差，故使其测定的波数更为精确）、且扫描平稳、重线性好。
紫外可见吸收光谱法 开放分类：化学科学 收藏分享到顶[1]编辑词条 目录 ? 1 概述 ? 2 基本原理 ? 3 特点 ? 4 仪器组成 ? 5 应用 ? 6 影响因素 ?展开全部 摘要 紫外可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收10～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法，这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定量测定。该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性优操作简便、分析速度好等特点。 紫外可见吸收光谱法-概述 图4.3
分子的紫外可见吸收光谱法是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分析法。分子在紫外-可见区的吸收与其电子结构紧密相关。紫外光谱的研究对象大多是具有共轭双键结构的分子。如（图4.3），胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）分子结构差异很大，但两者具有相似的紫外吸收峰。两分子中相同的O=C-C=C共轭结构是产生紫外吸收的关键基团。 紫外-可见以及近红外光谱区域的详细划分如图4.4所示。紫外-可见光区一般用波长（nm）表示。其研究对象大多在200-380 nm的近紫外光区和/或380-780 nm的可见光区有吸收。紫外-可见吸收测定的灵敏度取决于产生光吸收分子的摩尔吸光系数。该法仪器设备简单,应用十分广泛。如医院的常规化验中，95%的定量分析都用紫外-可见分光光度法。在化学研究中，如平衡常数的测定、求算主-客体结合常数等都离不开紫外-可见吸收光谱。[1] （图）图4.4 紫外可见吸收光谱法-基本原理 紫外可见吸收光谱的基本原理是利用在光的照射下待测样品内部的电子跃迁，电子跃迁类型有： （1）σ→σ* 跃迁指处于成键轨道上的σ电子吸收光子后被激发跃迁到σ*反键轨道 （2）n→σ* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向σ*反键轨道的跃迁 （3）π→π* 跃迁指不饱和键中的π电子吸收光波能量后跃迁到π*反键轨道。 （4）n→π* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向π*反键轨道的跃迁。
原子吸收光谱法 原子吸收光谱(Atomic Absorption Spectroscopy,AAS),又称原子分光光度法,就是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收,由特征谱线的特征性与谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。 中文名 原子吸收光谱法 外文名 Atomic Absorption Spectroscopy 光线范围 紫外光与可见光 出现时间 上世纪50年代 简称 AAS 测定方法 标准曲线法、标准加入法 别名 原子吸收分光光度法 基本原理 原子吸收光谱法(AAS)就是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射,使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同,将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光,这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时,即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态(一般情况下都就是第一激发态)所需要的能量频率时,原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线,使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A,在线性范围内与被测元素的含量成正比: A=KC 式中K为常数;C为试样浓度;K包含了所有的常数。此式就就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础 由于原子能级就是量子化的,因此,在所有的情况下,原子对辐射的吸收都就是有选择性的。由于各元素的原子结构与外层电子的排布不同,元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同,因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。由此可作为元素定性的依据,而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。
普吸收光谱法及荧光分析法 易有荣 一吸收光谱法是根据物质对不同波长的光具有选择性吸收而建立起来的一种分析方法。它既可对物质进行定性分析也可定量测定物质含量。包括紫外、可见光及红外吸收光谱等。如果在测定时利用单色器获得的单色光来测定物质对光的吸收能力，则称为分光光度法。 人眼能产生颜色的光区称可见光区，其波长范围为380-760nm。近紫外光区的波长范围为200-380nm。 可见-紫外光分光光度法是根据物质分子对200-760nm 光区的吸收特性而进行分析的方法，其特点是： 1）灵敏度高，能测定生物试样中的微量物质。 2）选择性强，由于组分的分子结构不同，它们的吸收光谱不同，因此只要选择适当的分离步骤和实验条件，就可以进行生物试样中的单组分和多组分的测定。 3）精密度和准确度较高。 4）仪器设备简单，操作易掌握。 5）定性能力较弱，通常还需与红外、色谱、质谱等技术结合才能作出可靠的定性鉴定。 一物质对光的选择性吸收: 太阳或白炽灯（钨灯）发出的可见光，是一种由许多不同波长的光所组成的宽广光谱，若将它通过三棱镜分光，则可看到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色。可见，白光是混合光，它是由多种不同波长范围的单色光按一定比例混合而成的。如果把两种适当颜色的光按一定比例混合也可得到白光，则这两种颜色互称为互补色。 物质对光具有选择性吸收的能力。同一物质对不同波长光的吸收能力不同，不同物质对同一波长光的吸收能力也不同。物质所呈现的颜色正是由于它对光的选择性吸收而产生的。 当一束光照射到某一物质的溶液时，若该溶液对可见光谱中各种颜色的光都不吸收则溶液呈透明无色状；若几乎全部吸收则溶液呈黑色；若对各种颜色的光都能均匀吸收一部分则溶液呈灰色。 若溶液对其中某些波长的光吸收较多，透过较少；，而对另一些波长的光吸收较少，透过较多，则溶液就呈现这种吸收较少透过较多的光的颜色，即溶液的颜色是它所吸收色光的互补色。 例如；KMNO4的水溶液选择性吸收可见光中的大部分黄绿色光，故呈紫色； 硫酸铜溶液选择性吸收黄光而呈蓝色。 物质颜色与吸收光颜色、波长的关系； 物质颜色吸收光颜色吸收光波长（NM） 黄绿紫色400－450 黄色蓝色450－480 橙色绿色480－490 红色蓝绿色490－500 紫红色绿色500－560 紫色黄绿560－580 蓝色黄色580－600 蓝绿色橙色600－650 蓝绿色红色650－750