差分吸收光谱技术DOAS

自动监控(气)运行工试题3(答案)自动监控气运行工答案1.烟气排放参数监测系统监测烟气的物理参数，将污染物的浓度转换为标准干烟气状态和排放标准中规定的过剩空气系数下的浓度。

(×)2.完全抽取式分析仪和稀释抽取式分析仪都采用红外和紫外的光谱原理，但完全抽取式分析仪还采用其他原理。

(×)3.加热采样管是将样气从采样探头输送至分析仪的管路，加热温度一般为100℃。

(×)4.直接抽取法和前处理方式都需要在分析仪后进行除湿、除尘处理，但后处理方式的采气流量比前处理方式大。

(×)5.相关气体滤光片技术可在同一检测室测定不同的被测气体。

(√)6.差分吸收光谱法（DOAS）用参比波长代替参比气室，其分析原理服从朗伯-比尔定律。

(×)7.零点校准气中水分可使红外气体吸收分析仪标定后引起负误差，但使紫外气体吸收分析仪标定后引起正误差。

(×)8.直接测量法不需要抽取探头或采样系统。

(√)9.单波长测量原理的直接测量式CEMS需要选择待测成分的最大吸收波长进行测量。

(√)10.DOAS技术的直接测量式CEMS在待测成分存在化学行为干扰的情况下不能正确地测量其绝对浓度。

(×)11.单位光程不透光度大的烟气排放不一定有更高的烟尘排放浓度。

(×)12.光学法烟尘监测仪光源一般调制到1KHz到5KHz，调制的目的是消除背景光的干扰、提高仪器的稳定性及抗干扰能力。

(√)13.电化学氧含量监测仪的传感器在工作时，O2在工作电极上失去电子，然后通过扩散透气膜进入对电极。

(×)14.平均压差皮托管法和S型皮托管法都适合于测定低流速烟气的流速。

(√)15.烟气温度可以在靠近烟道中心的多个点测量。

(√)16.在选择烟尘采样位置时，应优先考虑竖直烟道。

(×)17.在用参比方法校准烟道的颗粒物排放浓度时，当颗粒物浓度在高于50mg/m³，不高于100mg/m³，技术规范要求相对误差不超过±25%。

3.1 DOAS 测量原理从稳定光源发出的光I o (λ，L)，通过气室后，由透镜收集光会聚进入光谱仪。

由于沿光程的气体分子的吸收、分子散射，导致了接收光强减弱。

在光通过距离L 的光程后，接收光I （λ，L ）可以由Lambert-Beer 定律来表示：00(,)(,)exp[((,,)()(,)(,))]()l Lj j R M j l I L I L p T c l l l dl N λλσλελελλ===⋅-⋅+++∑⎰ (3.1)对于每一种气体，(,,)j p T σλ是在波长λ，压力p 和温度为T 时的吸收截面。

()j c l 是沿光程在距离l 处的密度。

M ε和R ε分别表示瑞利散射、Mie 散射的消光系数。

N (λ)是光强I （λ，L ）上的光子噪声。

在图3.1a 中，I （λ，L ）为通过大气的后光谱(为了简化说明，假设其中只含有甲醛的吸收)。

在大多数的DOAS 系统中，回来的光被聚焦到光谱仪的入射狭缝上，经光谱仪分光，光谱由探测器记录。

由于光谱仪有限的分辨率，光谱I （λ，L ）的形状发生了变化，这个过程的数学描述是大气光谱I （λ，L ）与光谱仪的仪器函数H 进行卷积，图3.1b 表示与典型的仪器函数H 卷积后，投影在探测器上的光谱I*（λ，L ）。

在探测器记录光谱的过程中，光谱范围被映射为n 个离散的像元（PDA 或CCD 探测器），用i 来表记，每个像元表示从λ(i)到λ(i+1)的间隔积分。

这个间隔可以根据波长－像元映射ΓI 计算得到。

对于线性色散（:()(0)I i i λλγΓ=+⋅）, 像元的光谱宽度为常数（0()(1)()i i i λλλγ∆=+-=）。

像元i 上的光强'()I i 表示为（忽略任何的仪器因子，如不同像元的响应不一样），(1)()'()(',)'i i I i I L d λλλλ+*=⎰（3.2）一般而言，波长－像元映射ΓI 可以用多项式来表示：0:()qk I k k i i λγ=Γ=⋅∑ （3.3）矢量（k γ）确定了像元i-波长λ（i ）的映射。

差分吸收光谱技术中吸收截面的测量Ξ吴　桢　虞启琏　张　帆　姚建铨(天津大学精密仪器与光电子工程学院　天津　300072)摘要　描述了影响差分吸收光谱技术(DOA S)精度的主要因素——吸收截面的测量原理以及自己设计的测量装置,并用此装置测量了SO2、NO2和O3的吸收截面。

根据测量结果分析了应用DOA S技术测量这三种气体时各自适用的波长区间。

关键词　差分吸收光谱　吸收截面　测量M ea surem en t of Absorption Cross Section i n D ifferen ti a l Optica l Absorption Spectrom etryW u Zhen　Yu Q ilian　Zhang Fan　Yao J ianquan (Colleg e of P recision Instrum en t and Op to2electron ics E ng ineering,T ianj ing U n iversity,T ianj ing300072,Ch ina)Abstract　A s the m ain facto r affected the p recisi on of the differential op tical abso rp ti on spectrom etry(DOA S), the abso rp ti on cro ss secti on and its m easurem ent theo ry w as analysed.A new m easurem ent setup w as brough t fo rw ard,and th rogh w h ich the abso rp ti on cro ss secti ons of SO2,NO2and O3w ere m easured.A t last acco rding to the m easurem ent result,the respective app rop riate w avelength ranges of th ree gases m easured by DOA S w ere analysed.Key words　D ifferential op tical abso rp ti on spectro scopy　A bso rp ti on cro ss secti on　M easurem ent1　引 言长光程差分吸收光谱技术,由于其具有高灵敏度、高分辨率、多组分、实时、快速监测的特点,正在成为大气污染监测的理想工具。

差分光学吸收光谱（Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS）是一种先进的环境监测技术，用于测量大气中痕量气体的浓度。

其基本原理基于不同气体分子在特定波长范围内对太阳光或人工光源的特征吸收现象，并通过比较测量光谱与参考光谱之间的差异来确定目标气体的浓度。

DOAS技术的工作流程包括以下步骤：
光源：使用自然光（如日光）或人造光源发出连续的紫外至可见光谱范围内的光。

光路传输：光线穿过待测的大气层，在这个过程中，气体分子会根据自身的吸收特性吸收部分特定波长的光。

光谱采集：通过望远镜、光纤或其他光学系统收集穿过大气后到达地面或反向散射回来的光信号，并聚焦到光谱仪入口狭缝。

光谱分析：光谱仪将接收到的光信号转换为电信号，然后进行分光和探测，得到连续的光谱数据。

差分处理：根据Lambert-Beer定律计算并分析每个波长点处的光强变化。

通过对测量光谱和背景/清洁空气光谱进行数学上的差分运算，提取出目标气体特有的窄带吸收结构，消除宽谱吸收和其它非目标气体的影响。

反演算法：应用差分吸收光谱反演算法，解算出沿光路路径上目标气体的平均浓度。

DOAS技术的优势在于：
非接触式测量，不受采样器影响。

可实时检测多种气体，具有较高的灵敏度和准确性。

能够有效抑制背景噪声和多组分混合气体干扰。

适用于远程测量，获取较大区域内的平均气体分布信息。

这项技术广泛应用于空气质量监测、环境污染源排放监测、大气化学研究以及环境保护等领域。

简答题：1、什么是完全抽取法？它有何优点？答：完全抽取法是采用专用的加热采样探头将烟气从烟道中指取出来，经过伴热传输，使烟气在传输中不发生冷凝，烟气传输到烟气分析机拒后进行除尘、除湿等处理，然后进入分析仪进行分析检测。

完全抽取法也叫直接抽取法。

其优点是：①干基测量，可以直接测得干烟气中污染物含量；②由于烟尘和水蒸汽已经从样品中去除，所以分析仪的测量精度高。

其缺点是：①样品气体需要伴热，保温传送（温度保持在140-160°C之间）；②样品气体需要降温、除水等预处理；③在高硫分场合有酸冷凝的可能，采样和预处理部件需要防腐蚀；④采样流量较大（一般＞2L/min），过滤器易堵塞，需要定期进行反吹。

第一章2、固定污染源连续监测的采样方式主要有哪些？答：采样方式分为抽取采样法和直接测量法两种。

抽取采样法又分为直接抽取法和采样稀释法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。

3、直接抽取法中的前处理方式和后处理方式的优缺点？答：直接在探头后降低烟气温度低于环境温度并除湿的方式称为前处理方式。

其优点：烟气经处理后能更灵活地选择分析仪；探头后除水，不需要加热采样管。

其缺点：探头后处理烟气对处理系统进行维护时不太方便；可在探头上降温、除湿，使探头变得复杂；传输距离远使样品气体浓度变化，造成测量误差。

在气体进入分析仪之前对烟气进行净化、降温、除湿的处理方式称为后处理方式。

其优点：便于人员检查处理系统。

其缺点：但须使整个采样管保持适当的温度。

4、直接抽取式CEMS中电子制冷器的原理？答：在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，这是珀尔帖效应。

改变输入直流电源的电流强度，就可以调整制冷或制热的功率。

同时通过改变直流电源的极性，就能使热量的移动方向逆转，从而达到任意选择制冷或制热的目的。

5、直接抽取式CEMS中隔膜泵的原理？答：隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连续棒移动活塞。

隔膜往复运动，短脉冲方式移动气体，当隔膜上升，气流从下通过吸气阀进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气体进入采样管。

3.1 DOAS 测量原理从稳定光源发出的光I o (λ，L)，通过气室后，由透镜收集光会聚进入光谱仪。

由于沿光程的气体分子的吸收、分子散射，导致了接收光强减弱。

在光通过距离L 的光程后，接收光I （λ，L ）可以由Lambert-Beer 定律来表示：00(,)(,)exp[((,,)()(,)(,))]()l Lj j R M j l I L I L p T c l l l dl N λλσλελελλ===⋅-⋅+++∑⎰ (3.1)对于每一种气体，(,,)j p T σλ是在波长λ，压力p 和温度为T 时的吸收截面。

()j c l 是沿光程在距离l 处的密度。

M ε和R ε分别表示瑞利散射、Mie 散射的消光系数。

N (λ)是光强I （λ，L ）上的光子噪声。

在图3.1a 中，I （λ，L ）为通过大气的后光谱(为了简化说明，假设其中只含有甲醛的吸收)。

在大多数的DOAS 系统中，回来的光被聚焦到光谱仪的入射狭缝上，经光谱仪分光，光谱由探测器记录。

由于光谱仪有限的分辨率，光谱I （λ，L ）的形状发生了变化，这个过程的数学描述是大气光谱I （λ，L ）与光谱仪的仪器函数H 进行卷积，图3.1b 表示与典型的仪器函数H 卷积后，投影在探测器上的光谱I*（λ，L ）。

在探测器记录光谱的过程中，光谱范围被映射为n 个离散的像元（PDA 或CCD 探测器），用i 来表记，每个像元表示从λ(i)到λ(i+1)的间隔积分。

这个间隔可以根据波长－像元映射ΓI 计算得到。

对于线性色散（:()(0)I i i λλγΓ=+⋅）, 像元的光谱宽度为常数（0()(1)()i i i λλλγ∆=+-=）。

像元i 上的光强'()I i 表示为（忽略任何的仪器因子，如不同像元的响应不一样），(1)()'()(',)'i i I i I L d λλλλ+*=⎰（3.2）一般而言，波长－像元映射ΓI 可以用多项式来表示：0:()qk I k k i i λγ=Γ=⋅∑ （3.3）矢量（k γ）确定了像元i-波长λ（i ）的映射。

差分吸收光谱技术中吸收截面的测量Ξ吴　桢　虞启琏　张　帆　姚建铨(天津大学精密仪器与光电子工程学院　天津　300072)摘要　描述了影响差分吸收光谱技术(DOA S)精度的主要因素——吸收截面的测量原理以及自己设计的测量装置,并用此装置测量了SO2、NO2和O3的吸收截面。

根据测量结果分析了应用DOA S技术测量这三种气体时各自适用的波长区间。

关键词　差分吸收光谱　吸收截面　测量M ea surem en t of Absorption Cross Section i n D ifferen ti a l Optica l Absorption Spectrom etryW u Zhen　Yu Q ilian　Zhang Fan　Yao J ianquan (Colleg e of P recision Instrum en t and Op to2electron ics E ng ineering,T ianj ing U n iversity,T ianj ing300072,Ch ina)Abstract　A s the m ain facto r affected the p recisi on of the differential op tical abso rp ti on spectrom etry(DOA S), the abso rp ti on cro ss secti on and its m easurem ent theo ry w as analysed.A new m easurem ent setup w as brough t fo rw ard,and th rogh w h ich the abso rp ti on cro ss secti ons of SO2,NO2and O3w ere m easured.A t last acco rding to the m easurem ent result,the respective app rop riate w avelength ranges of th ree gases m easured by DOA S w ere analysed.Key words　D ifferential op tical abso rp ti on spectro scopy　A bso rp ti on cro ss secti on　M easurem ent1　引 言长光程差分吸收光谱技术,由于其具有高灵敏度、高分辨率、多组分、实时、快速监测的特点,正在成为大气污染监测的理想工具。

紫外差分光谱法烟气综合分析仪（以下简称分析仪）以紫外差分吸收光谱技术为核心的新型产品，主要用于排气管道中有害气体成分的测量，广泛应用于环境监测以及热工参数测量等部门，该分析仪是我公司多年精心研制的具有自主知识产权的高品质仪器，产品多项设计填补空白。

产品采用工业级高速处理器，10.1寸工业触摸屏，人机界面兼容按键和触摸双模式，可进行局域网和广域网的组网及数据传输；烟气取样、工况测量、烟气预处理三合一，现场使用方便；内置可充电锂电池，交直流两用，宽输入电压(DC12~28V,AC80~260V),电压适用范围更广；烟气测量采样双量程设计的数学模型修正算法，提高数据测量的准确性和线性度；关键部件采用恒温控制，提高仪器的温度适用范围。

精心的设计，友好的人机界面，竭诚为用户提供一款精致、、贴心、耐用的高品仪器该分析仪性能指标均符合国家环保局颁布的烟气测试仪的有关规定。

采用紫外差分吸收光谱技术和化学计量学算法测量SO2、NO、NO2、O2、CO、CO2、H2S等气体的浓度，不受烟气中水蒸气影响，具有较高的测量精度和稳定性，特别适合高湿低硫工况测量，具有测量精度高、可靠性强、响应时间快、使用寿命长等优点。

分析仪研制过程中广泛征求专家及广大用户的意见，采用高性能长寿命脉冲氙灯、耐腐蚀吸收池、进口高分辨光谱仪、传感器及新材料领域的高新技术，竭力为用户提供一台质量可靠、性能稳定的高品质仪器。

GB/T37186-2018《气体分析二氧化硫和氮氧化物的测定紫外差分吸收光谱分析法》HJ/T397-2007《固定源废气监测技术规范》DB37/T2704-2015《固定污染源废气氮氧化物的测定紫外吸收法》DB37/T2705-2015《固定污染源废气二氧化硫的测定紫外吸收法》DB37/T2641-2015《便携式紫外吸收法多气体测量系统技术要求及检测方法》JJG968-2002《烟气分析仪检定规程》GB13233-2011《火电厂大气污染物排放标准》紫外差分光谱法烟气综合分析仪,紫外差分烟气综合分析仪,紫外烟气综合分析仪,紫外差分光谱法烟气分析仪,紫外差分烟气分析仪,紫外烟气分析仪,紫外差分烟气分析仪仪价格,紫外差分烟气分析仪厂家,紫外差分烟气分析技术指标,紫外差分烟气分析仪操作指南,紫外差分烟气分析仪使用方法,紫外差分烟气分析仪,紫外烟气分析仪,紫外差分光谱法烟气分析仪,GB37186紫外差分光谱法烟气分析仪3.技术特点1.采用紫外光谱差分吸收技术（DOAS）测量固定污染源排气中的SO2、NO、NO2等气体浓度，测量精度高，不受烟气中水蒸气影响，特别适合高湿低硫工况。

采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪吕默;王一丁;陈晨【摘要】Carbon monoxide ,as a kind of dangerous mine gas ,can easily accumulate in a complex mine environment poses a seri-ous threat to the safety of miners .This paper presents a compact carbon monoxide detector .This instrument have a mid-infrared quantum cascade laser operating at 4.65μm as light source ,with mercury cadmium telluride (HgCdTe) detector and 12 m com-pact absorption path to obtain trace-CO diagnostics .Self-designed high-speed photoelectric signal acquisition system solved the signal chain impedance mismatch problem which caused by commercial oscilloscope .This new acquisition system realized1GSPS sampling rate and vertical resolution of 12 bit at 400 M Hz sampling bandwidth which improved the detector''s sensitivity and in-tegration effectively .This instrument use long path differential optical absorption spectroscopy (LP-DOAS) theory .The detec-tion limit of the instrument which gives as 108 × 10-9 is obtained by comparing the residual between the measured spectrum and calculated theoretical spectrum with Voigt broadening .Detector''s measurement error has non-stationary ,slowly time-varying characteristics .According to this feature we use Allan deviation to estimated detector ''s sensitivity ,after about 40 seconds the deviation curve reached the minimum .The Allan deviation value is 61× 10-9 .In two-hour tests ,the stability of the detector is 2.1× 10-3 ,for up to 12hours of stability tests ,the detector''s stability can still reach 1.7 × 10-2 .This instrument has high flexibility ,through the replacement of different laser with different lasing wavelength;it can be achieved on a variety of trace gas detection .%一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁.介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65 μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12 m的紧凑型多次反射气室,实现了对痕量一氧化碳气体的检测.自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题.这一新系统的采样带宽为400 MHz,采样频率1GSPS,垂直分辨率达到12 bit,有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度.该仪器采用长光程差分吸收光谱法,通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9.检测仪的测量误差有非平稳,慢时变的特点.根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计,经过约40 s方差曲线达到极小值,此时阿伦方差值为61×10-9.在2 h的稳定性测试中,检测仪稳定度达到2.1×10-3,在长达12 h的稳定性测试中,检测仪的稳定度依然可以达到1.7×10-2.此仪器具有较高的灵活性,通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)007【总页数】5页(P2278-2282)【关键词】量子级联激光器;痕量气体检测;光电信号采集系统;长光程差分吸收光谱;残差分析;阿伦方差【作者】吕默;王一丁;陈晨【作者单位】吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院,吉林长春 130012;吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院, 吉林长春 130012;吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室, 仪器科学与电气工程学院, 吉林长春 130061【正文语种】中文【中图分类】O657.3与传统的双极性半导体激光器相比，量子级联激光器(QCL)具有单色性好、量子效率高、温度稳定性好、波长设计灵活与响应速度快等独特优点[1]，中红外QCL的光谱范围覆盖三个重要的大气透射窗口，因此在气体检测领域有其他光源无法替代的优势[2-3]。