基于可见光激光器差分检测NO_2浓度研究

【摘要】：随着现代化工业的发展,大气污染越来越严重,NO2是大气污染的主要污染物之一,采用激光差分吸收技术测量大气污染气体的浓度,是大气污染检测技术发展的主流方向。采用外差探测时,可以进行定点和局部测量,信噪比不受探测器、放大器以及背景噪声的限制,最小可探测气体分子浓度相对提高了几个数量级。激光差分吸收光谱技术(DOAS)主要是以空气中的痕量污染成分对紫外及可见光波段的特征吸收光谱特性为基础,通过特征吸收光谱鉴别环境空气中污染物气体的类型和浓度。本文分析了检测的基本原理,研究了光谱分析过程,包括实验光谱与标准光谱的拟合、浓度的反演计算等数据处理过程。利用NO2在300~500 nm光谱范围内有强吸收的特点,实验中使用445nm固体蓝光激光器作为光源,采用单波长双光路的差分吸收方式,将两路光分别通过待测气体和已知浓度的气体,将待测气体吸收光谱和标准气体吸收截面进行差分处理,得到差分光学吸收度和差分吸收截面,从两束激光回波强度的差异中可以得到待测分子的吸收,后续的数据处理利用最小二乘法,将实验得到的吸收光谱与标准谱作拟合运算,反演计算出污染物浓度,确定待测样品中NO2的浓度。同时本文又将小波变换技术应用于NO2吸收光谱信号的滤波、平滑和去噪处理。使检测变得方便快捷,拟合函数的引入提高了结果的可靠性、灵敏度。通过大量的实验结果表现的重复性很好,误差可控制在很小的范围内,为进一步的高灵敏度、便携式产品的设计做好了前期的探索。