基于DOAS的光谱测量技术研究进展
基于DOAS方法烟气中NH3对NO浓度测量的干扰补偿
基于DOAS方法烟气中NH3对NO浓度测量的干扰补偿许康;王一红;周宾;汤光华;韩少鹏;程禾尧;李可【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2016(000)012【摘要】基于紫外差分光谱(DOAS)技术,针对烟气中NH3与NO共存的现象,研究不同浓度与温度下NH3在223~228 nm波段的吸收规律.通过插值获取单位浓度NH3对NO干扰的基础光谱数据库,根据NH3不同温度下的差分吸收截面峰值与180℃的差分吸收截面峰值之比同温度的对应关系拟合温度补偿函数.利用这两个补偿函数分别对不同浓度与温度下NH3和NO的混合气体进行实验研究.结果表明:使用提出的校正方法可以有效地消除NH3对NO浓度反演的影响.【总页数】6页(P121-125,144)【作者】许康;王一红;周宾;汤光华;韩少鹏;程禾尧;李可【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;南京国电环保设备有限公司,江苏南京 210061;南京国电环保设备有限公司,江苏南京 210061;东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TK314【相关文献】1.基于三星定位的卫星干扰源定位TDOA参数估计方法的研究 [J], 程丽娜;张瑾琳;胡治国;杨秋格2.基于TDOA残差分析的多点定位抗干扰方法 [J], 卢宇;吴宏刚;徐自励3.基于能量补偿的时域干扰抵消改善方法 [J], 郑恩明;陈新华;王麟煜4.基于高阶观测器和干扰补偿控制的模型预测控制方法 [J], 王东委;富月5.基于可编程逻辑控制器的运动控制干扰补偿方法 [J], 杜鹏飞;应成;聂佳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于DOAS技术的气溶胶粒谱分布反演方法研究
在获取宽谱段的消光 系数 的基础上 ， 利用米散射原理可 以解析 出气溶胶粒谱 分布 。本文介绍 了利用闪烁 Ｉ ） Ｘ ＡＳ系统 监测大气气溶胶粒谱 分布 的方法 ， 重点阐述 了基于蒙特卡罗 方法 的粒谱 分布 反演 算 法，通 过 与 Ｐ ０ Ｍ１ 、能见度 及 Ａｎ — ｇ ｓｒｍ 波 长指 数 的对 比证 实 了本 方 法 的 可 行 性 。 ｔ ｏ
２ ．千叶大学环境与遥感 中心 ．日本 千叶县 ，２ ３８ ２ ６—５ ２
摘
要
大气气溶胶不仅 对全球的气候变化产生重大影 响，其本身 也是一种污染物 ．另外它在 许多污染气
体 的化学反应中起重要作用 。因此 ，实时监测大气气溶胶已成为环境领域的重要研究方 向。 差分吸收光谱技
术 是 一 种 基 于 痕 量 气 体“ 纹 ” 性 反 演 其浓 度 的光 学 遥 感 方法 ， 时 该 方 法 也可 用 于 大 气 气 溶 胶 消 光 系 数 指 特 同
２ １ ４８
光谱学与光谱分析
第 ２ 卷 ８
本实验 中采用离千叶大学 ５ ５ｋ 处安装在 垃圾焚烧 炉 ． ｍ 烟囱上高度为 １０１ 处的氙灯作为光源 ， ３ Ｉ Ｔ 在这一高度安 装了
４ 盏功率为 ３ ０Ｗ ， ０ 水平角 度为 １０的氙灯 。这些航 空 防撞 ２。
１ 实 验 系 统
在 以前 的文章 中对实验系统进行 了较为详细 的介 绍， 在这里只做 简单 的介绍 。图 １ 是实验装 置图 。 采用海洋 公司 的 ＵＳ ２ ０ 为 探 测 器 ， 收 装 置 安 装 在 千 叶 大 学 遥 感 中 Ｂ ００作 接
心 的 ９楼 ， 度 位 ３ 高 ４ｍ。
如硝 酸 基 仅 能 通过 Ｄ ＯＡＳ 术 测 量 ，同时 这 项 技 术 还 具 有检 技
差分吸收光谱FFT+FT频谱细化方法研究
DOAS法定量分析污染气体浓度的基础理论是Lamber--
收稿日期：2020-06-24,修订日期：2020-11-08
基金项目：国家自然科学基金项目(11174078),河北省自然科学基金项目(E2019502089),中央高校基本科研业务费专项资金项目
(2017MS145)资助
作者简介：贾桂红，女，1977年生，华北电力大学机械工程系讲师
FFT
------ FFT+FT
0.10
0.015
0.05
0.010
0
0.005
-0.05 ------ 1------1------ 1------ 1 0J-----1---------- 1---------- 1
280 290 300 310 320
0.06 0.07 0.08
Wavel；'％)是随波长的变化快速变化$由被测气体
的窄带吸收特性决定；“慢变”<%)随波长作慢变化$可以
通过多项式拟合得到。光学密度；％)减去“慢变”<%)得到
“快变%)$即差分吸收光学密度。当被测波段只有一种
吸收气体时$根据式％)计算出被测气体的浓度$见式％)
c= —7
%)
%)
i=1
关键词 差分吸收光谱法；频谱细化；连续细化傅里叶变换分析(FFT+FT)
中图分类号：O433 文献标识码：A
DOI： 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2021)07-2116-06
引言
差分吸收光谱法(Differential Optical Absorption Spec troscopy, DOAS)由U. Platt提出,该方法可以最大程度 去除烟尘颗粒等影响，实现污染气体排放的在线连续监测, 因而在固定污染源烟气实时在线监测领域得到了广泛的应 用23#°
紫外烟气综合分析仪采用的紫外差分吸收光谱技术是如何实现测量的
紫外烟气综合分析仪采用的紫外差分吸收光谱技术是如何实现测量的青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，其中紫外差分吸收模块在热湿状态下进行测量，避免除水造成的烟气组分损失。
紫外差分吸收光谱技术原理：当紫外-可见连续光谱经过含有被测污染气体的样气时，特定波长光能被样气中的污染气体吸收，光的吸收（吸光度）与污染气体浓度呈正比，采用光谱分析和化学计量学方法建立起实验室标定吸光度和污染气体浓度之间的经验曲线，根据现场被测样气的吸光度实时计算样气中污染气体浓度。
在实际测量中，不仅存在气体分子对光的吸收，还存在瑞利散射、米氏散射等对光的衰减作用，差分吸收的基本思想是将气体分子的吸收截面分为两个部分，一是随波长作缓慢变化的宽带光谱结构，即低频部分，二是随波长作快速变化的窄带光谱结构，即高频部分。
DOAS方法利用吸收光谱的高频部分计算得出气体浓度。
由于DOAS方法分析的是吸收光谱的高频部分，而水汽、烟尘和其他一些成分的吸收光谱均属于低频，因此DOAS技术可以有效地去除水汽、烟尘等对测量结果的影响，使测量结果可以更准确、更稳定、更可靠。
同时，由于每种气体分子都有其特征吸收光谱，使得DOAS可以同时测量多种气体组分。
青岛众瑞便携式紫外烟气综合分析仪（H款，热湿法）采用紫外差分吸收光谱技术测量烟气中的SO2、NO、NO2和NH3，可选O2、CO、CO2、H2S传感器测量气体浓度，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。
整机采用一体便携式设计，采样管和主机为一体，携带方便。
可供环境监测部门对各种锅炉排放的气体浓度、排放量进行检测，也可应用于工矿企业进行各种有害气体浓度的测量。
1。
差分吸收光谱法在线测量烟气浓度实验研究
第２ ９卷
第 ２期
仪 器 仪 表 学 报
Ｃ ｉ ｅ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＳ ｉ ｎｉ ｃ Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｈ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｃ ｅ ｔ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｕ ｎ
Ｖ０． ． １２９ Ｎｏ ２
２０ ０ ８年 ２月
Ｆｂ ０８ ｅ ．２ ０
差 分 吸收 光 谱 法在 线 测 量 烟气 浓 度 实 验研 究 术
汤光 华 ， 传 龙 ， 许 邵礼 堂 ，王式 民
（ 东南 大学 能源与环境学院 摘 南京 ２ ０９ ） １０ ６
要 ：本文将 大气痕量气体浓度监测的 Ｄ Ａ Ｏ Ｓ技术 应用于 烟气浓 度测量 ， 此基础 上提 出 了基 于 Ｄ Ａ 在 Ｏ Ｓ思想 的烟气浓 度反
中 图分 类 号 ： Ｂ ３ Ｔ９４ 文 献标 识 码 ： Ａ 国家 标 准 学 科 分 类 代 码 ： ６ ．００ ４０ ４ ３
Ｅｘ ｒ ｍ ｅ ａ ｔ ｄ ｎ ｉ ｓｔ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ｏ ｕ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌｓ ｕ ｙ ｏ ｎ－ ｉｕ ｍ ａ ｕｒ ｍ ｎ ｆｆ ｅ ｌ
ｔｒ ａｄｐｅｓｒ．Ｒ ｓａｃ ｓｌ ｈｗ ｔｅａ ｏ ｔｍ ｃ ｎｂ ｔｉ ｄｔ ｑ ｉ ｌ ｕｅ ｎ ｒｓ ｅ ｅｅｒ ｒ ｕｔ ｓｏ ｌ ｒｈ ａ ｅｕｉｚ ｕｃ ｙ（＜ ）ａｄｐｅ ｉ ｌ ｍ ａｕｅ ｕ ｕ ｈｅ ｓ ｈ ｇｉ ｌｅ ｏ ｋ ２Ｓ ｎ ｒｃ ｅｙ ｅｓｒ ｅ ｓ ｌ ｆ ｇｓｓ ｏｃ ｎ ａ ｏ ｓ ｔ ｈｒ ｌ ｈ ａｈｌ ｇ （ ． ａｅ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｇｔ ｔ ｅ ｔ ０ ５ｍ）ｓ ｕｔ ｅｕｌ． ｃ ｒｉ ａ ｓ ｔ ｉ ｐ ｎ ｈ ｉ ｌｎｏｓ ｍ ａ ＯＡＳ ａ ｏ ｅ ｒ ｔｏ ｓ ｄ ｏ
Ｔａ ｎｇ Ｇｕａ ｇ ａ ｎ ｈ ｎ，Ｘｕ Ｃｈ ｎ ｏ ｇ，Ｓ ａ ｔ ｎ ｕａ ｌ ｎ ｈ ｏ Ｌｉ ｇ，Ｗ ａ ｇ Ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｈ ｍｉ
差分光学吸收光谱
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。
差分吸收光谱技术DOAS介绍1
Thank you !
• 资料分析：利用DOAS对主要大气污染物NO2、SO2以 及O3的测量结果，分析了南京市主要大气污染物的 日变化规律、空气污染的“周末效应”以及与天 气情况的密切关系
1、污染物的日变化规律及其相互关系
(1)、O3和NO2的日变化规律
NO2 + hγ → NO + O
O + O2 + M → O3 + M
一、差分吸收光谱技术DOAS介绍
1、DOAS技术简介
差分吸收光谱技术DOAS(Differential Optical Absorption Spectrometry)是在20世纪70年代末由德国Heidelberg大学 环境物理研究所的U.Platt和D.Perner提出的,目前这一技术 广泛应用于大气环境监测。DOAS技术根据记录的在几公里长 的光程上大气中痕量物质对光的差分吸收来计算痕量物质的 浓度。长光程是为了获得极低浓度的大气污染物的可测量的 吸光率。使用差分吸收而不是绝对吸收是由于大多数大气污 染物在大气中连续存在,不可能获得未经衰减的大气光谱。
2、DOAS仪器的特点
DOAS仪器与传统的点探测相比具有以下优点: • 高灵敏度的实时测量:用同一个仪器实现了多种痕量物质的实时、同时 测量。 • 光程上的线测量:DOAS系统测量的是从光源到接收器之间位于大气中的 开放的光程上痕量气体的总吸收,因此得到的是给定光程上污染物的平 均浓度,它比用点探测得到的浓度更具有代表性。 • 高精度的非接触测量:用DOAS技术测量物质的浓度,不确定性仅仅受到 可独立测量的这种物质的差分吸收截面测量精度、大气吸收光谱测量 精度、光谱处理精度的影响。 • 低维护、低成本:由于DOAS是一种绝对测量技术,一旦给DOAS系统提供 了适当的参考光谱就不需要常规的气体校准。另外,维护周期短,运转 成本低。DOAS系统在无人照管的条件下可以长期运转,通过电话网上的 调制解调器与操作者通信,实现数据的自动采集或操作控制。
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量
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。
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基于DOAS的光谱测量技术研究进展
近年来，基于DOAS（Differential Optical Absorption Spectroscopy，差分光谱吸收法）的光谱测量技术在大气环境污染监测、化学品浓度分析、火星大气分析等领域得到
了广泛应用，并取得了重要的研究进展。
一、DOAS原理及应用
DOAS是一种广泛应用于大气环境监测的光谱测量技术，其原理是利用多条不同路径的光束，对样品中各种化学物质的吸收谱进行差分，从而获得物质浓度信息。
DOAS可应用于各种气态、液态和固态物质的分析，其优点在于它可以通过便携式和自动化仪器来实现远程、连续和高精度监测。
二、 DOAS技术在大气环境污染监测中的应用
DOAS技术的应用领域非常广泛，其中最常见的就是大气环境污染的监测。
DOAS测量设备可以远程监测大气中气体污染物的浓度，诸如一氧化碳、二氧化氮、臭氧、二氧化硫等，这些都是对人类健康产生严重威胁的化学物质。
经过多年的技术研发和不断的实际应用验证，DOAS已成为现代大气污染监测的传统技术之一。
三、DOAS技术在化学品浓度分析中的应用
除了在大气污染监测中的运用外，DOAS技术还可以用于化学品浓度的精确分析。
这种应用主要针对液态和固态物质，在离线实验室环境中进行。
用于液态化学品分析时，DOAS
可以通过纵向吸收参数来获得物质的浓度信息；用于固态化学品分析时，DOAS可以通过对样品空气中的气体吸收来识别样品，从而获得物质浓度信息。
这种分析方法可以在一系列
领域中得到应用，如环境监测，化学物质分析和机械制造等领域。
DOAS技术不仅在地球环境中得到广泛应用，在研究其他行星和卫星时也具有重要的作用。
如在对火星大气的研究中，DOAS技术可以检测大气中的一些化学物质，如固体CO2、
甲烷、氮气等，并且可以距离地表数千米远处进行探测研究。
在这种情况下，利用DOAS技术测量火星上的化学物质浓度可以为行星环境的研究提供重要信息。
五、总结
DOAS技术在大气环境监测、化学品浓度分析以及行星大气研究等领域具有广泛的应用前景。
在利用DOAS技术进行实验研究时，需要考虑到探测和识别的相关因素，如波长、光程等，以及数据处理方面的技术。
随着技术水平的提升和科学研究的深入，DOAS技术将更加完善，对各行各业的研究提供更多的帮助。