球载CRDS高灵敏度甲烷测量系统的研制

• 作者: 何亚柏 姚路 胡迈 袁峰 许振宇 阚瑞峰 陈兵 高晶
• 来源期刊: 光学精密工程
• 学科: 物理学
• 关键词: 光谱学 腔衰荡光谱技术 痕量气体 实时测量
• 年，卷（期）: 2020,（9）
• 所属期刊栏目: 现代应用光学
• 页码范围: 1881-1892
• 页数: 12页
• 分类号: O436
• 语种: 中文
• DOI: 10.37188/OPE.20202809.1881

摘要

为了分析青藏高原地区甲烷浓度的垂直分布,本文采用腔衰荡光谱技术(CRDS)设计了一套高灵敏度的球载甲烷浓度实时测量系统,该测量系统在基于DSP的单板电路上实现腔模锁定、衰荡信号采集、光谱扫描、数据存储等功能并在DSP上实时处理衰荡信号、光谱信号和浓度等数据.本文首先介绍了CRDS测量原理与采用的光谱处理算法,通过固定高斯线宽的方式改进光谱拟合算法,使得浓度计算结果得到明显提升.然后,分析了电路系统采集的衰荡信号与光谱信号,采集的衰荡信号信噪比达62 dB,并在实验室使用标准气体进行了标定试验,标准气体的测量值标准差σ最大为2.2×10-9,测量值的均方值RMS和标准气体标称值之间的校正可决系数为0.998 7.最后,系统进行了实际试验,在西藏鲁朗地区成功实现了从海拔3 340 m到海拔6 000 m的上升和下降过程中甲烷浓度的测量.该系统可以通过改变激光波长与光腔反射镜测量其他大气痕量气体,进一步改进与优化的系统可以应用到大气同位素丰度的测量中.