用于火灾探测的非色散红外吸收气体传感器 被引量：9

1

作者 纪新明 吴飞蝶 +2 位作者 王建业 刘全 黄宜平 《传感技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期602-605,610,共5页

基于朗伯-比尔吸收定律建立了便携式非色散红外气体传感体系,并成功的应用于火灾现场生成气体的实时检测。该体系利用直接电调制的红外辐射源、窄带薄膜干涉滤光片和高灵敏度的TGS热释电红外探测器,很大程度地降低了系统的成本和体积,... 基于朗伯-比尔吸收定律建立了便携式非色散红外气体传感体系,并成功的应用于火灾现场生成气体的实时检测。该体系利用直接电调制的红外辐射源、窄带薄膜干涉滤光片和高灵敏度的TGS热释电红外探测器,很大程度地降低了系统的成本和体积,提高了探测灵敏度。通过对CO、CO2、NH3和SO2四种火灾现场燃烧生成气体在不同浓度状态下的测量,证明系统对所测气体可以达到了几十个微量级的探测极限,响应时间均小于20s,具有较好的稳定性,能够满足一定的测量要求。 展开更多

关键词 非色散红外 红外吸收 红外传感器

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基于RBF神经网络气压补偿的非色散红外SF_6气体传感器 被引量：10

2

作者 裴昱 陈远鸣 +3 位作者 卞晓阳 赵勇毅 赵正杰 常建华 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期366-372,共7页

非色散红外SF_6气体传感器具有测量范围广、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在电力系统中具有广泛的应用。在实际检测过程中,环境气压的变化对气体传感器的检测精度有较大的影响,提出利用RBF神经网络建立气体传感器气压补偿模型,运用其... 非色散红外SF_6气体传感器具有测量范围广、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在电力系统中具有广泛的应用。在实际检测过程中,环境气压的变化对气体传感器的检测精度有较大的影响,提出利用RBF神经网络建立气体传感器气压补偿模型,运用其泛化和非线性映射能力对环境气压波动引起的测量误差进行补偿。实验结果表明:采用气压补偿模型后的气体传感器在气体浓度3 260mg/m3~9 781mg/m3,气压100kPa^120kPa范围内,最大测量误差由±646mg/m3降为±52mg/m3,测量精度为±0.53%FS。该方法相比于拟合法和硬件电路补偿法具有更高的测量精度和稳定性,降低了传感器的体积和成本。 展开更多

关键词 非色散红外 气体传感器 RBF神经网络 气压补偿

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非色散红外CO_(2)气体传感器的抗温湿度干扰设计 被引量：11

3

作者 张加宏 朱涵 +2 位作者 顾芳 刘清惓 裴昱 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2022年第7期160-169,共10页

为了抑制环境温湿度对非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器测量精度的严重干扰,从硬件补偿的角度出发,为其设计了低湿控制模块与恒温控制模块。采用由聚偏氟乙烯(PVDF)疏水滤膜与3A分子筛构造的气体干燥管过滤CO_(2)气体中的水份实现气室... 为了抑制环境温湿度对非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器测量精度的严重干扰,从硬件补偿的角度出发,为其设计了低湿控制模块与恒温控制模块。采用由聚偏氟乙烯(PVDF)疏水滤膜与3A分子筛构造的气体干燥管过滤CO_(2)气体中的水份实现气室降湿,同时采用增量式比例-积分-微分(PID)算法调节包裹在光学气室外的加热片的功率,达到恒温效果。研究分析了温湿度对气体浓度测量精度的影响,对低湿恒温抗干扰设计进行了测试和验证。实验结果表明,基于气体干燥管的低湿控制模块能够将CO_(2)气体的湿度降低到8%左右,而恒温控制模块能够将气室温度稳定在40℃。在复杂温湿度环境下,0~2000×10^(-6)气体浓度范围内,具有抗温湿度干扰设计的CO_(2)气体传感器的浓度测量平均相对误差为8.38%,显著减小了检测系统的温湿度漂移,研究结果对于研制高性能的NDIR气体传感器有参考价值。 展开更多

关键词 非色散红外 CO_(2)气体传感器 恒温模块 低湿模块 抗干扰设计

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基于机器学习的非色散红外CO_(2)浓度观测仪的校准方案

4

作者 卢芷若 曹畅 +4 位作者 李旭辉 胡凝 肖薇 徐家平 刘远泽 《中国环境监测》 北大核心 2025年第3期210-224,共15页

利用非色散红外CO_(2)浓度观测仪器进行高密度组网观测是准确量化城市CO_(2)排放量和明晰城市大气CO_(2)浓度时空变化精细特征的重要手段。基于南京信息工程大学与相关企业联合研发的一款非色散红外CO_(2)浓度观测仪器,开展了跨季节的... 利用非色散红外CO_(2)浓度观测仪器进行高密度组网观测是准确量化城市CO_(2)排放量和明晰城市大气CO_(2)浓度时空变化精细特征的重要手段。基于南京信息工程大学与相关企业联合研发的一款非色散红外CO_(2)浓度观测仪器,开展了跨季节的外场平行比对实验,明确了环境要素对该仪器的影响。采用机器学习方法结合校准效果评价指标,构建了一套中等观测精度、切实可行的城市高密度组网观测校准方案。研究结果表明:大气温度、大气湿度等是影响非色散红外CO_(2)浓度观测仪器性能的主要环境要素,且这一影响呈现显著的季节差异;基于机器学习方法的校准结果可知,RF和Lasso回归的校准性能更为稳定;最优训练集时长为7 d,零点漂移的维护频率可控制在2个月;当外推比例较高时(大于50%),采用机器学习和线性回归的混合模型可有效提升校准效果。该研究可为非色散红外CO_(2)浓度观测仪器的校准提供方法参考,从而为城市CO_(2)浓度高密度组网观测提供技术支撑。 展开更多

关键词 非色散红外CO_(2)浓度观测仪器 机器学习 校准 城市高密度组网 温室气体

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非色散红外气体传感器稳态扩散高斯分布浓度校正方法 被引量：2

5

作者 强振峰 王雪 张效天 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期138-145,共8页

流程工业中气体浓度测量至关重要。非色散红外传感器是一种基于不同气体对红外光吸收强度差异性测量气体浓度的传感器,气体浓度测量精度高,广泛用于流程工业中CO_(2)和N_(2)O气体浓度测量。非色散红外传感器内气体不均匀扩散使气体浓度... 流程工业中气体浓度测量至关重要。非色散红外传感器是一种基于不同气体对红外光吸收强度差异性测量气体浓度的传感器,气体浓度测量精度高,广泛用于流程工业中CO_(2)和N_(2)O气体浓度测量。非色散红外传感器内气体不均匀扩散使气体浓度测量会产生原理性误差,需要得到气体在传感器气室内达到稳态扩散时间降低浓度测量误差,提高测量精度。本文提出一种非色散红外传感器高斯分布扩散模型预测气体稳态扩散时间计算方法,14组不同条件下CO_(2)和N_(2)O的仿真实验得到本文提出高斯扩散模型的拟合度分别为0.82和0.80,验证所提出高斯模型预测气体稳态扩散时间的鲁棒性。本文所提方法非色散红外传感器浓度测量不均匀扩散产生误差补偿提供保障。 展开更多

关键词 非色散红外传感器 气体浓度校准 高斯扩散模型 稳态扩散时间

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气体非色散红外传感器研究进展 被引量：10

6

作者 任丽君 马斌 +1 位作者 刘国宏 高缨 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期922-928,共7页

准确检测气体在现代战争、航空航天和应急救援等行动中起着至关重要的作用。非色散红外传感器是一种通过特定波长的气体红外特征吸收来定性、定量检测气体的传感器,具有实时检测、检测范围广、维护成本低和使用寿命长等优点。该文对气... 准确检测气体在现代战争、航空航天和应急救援等行动中起着至关重要的作用。非色散红外传感器是一种通过特定波长的气体红外特征吸收来定性、定量检测气体的传感器,具有实时检测、检测范围广、维护成本低和使用寿命长等优点。该文对气体非色散红外传感器的原理、仪器结构及其应用进行了综述,同时对气体非色散红外传感器的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 非色散红外 传感器 综述

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非色散红外CO2传感器温度补偿模型研究 被引量：16

7

作者 牛萍娟 程峥 +1 位作者 田海涛 李舒舒 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2019年第8期17-20,共4页

针对农业温室大棚中CO2浓度监测易受到温度影响的问题,建立了一种利用热释电探测器对非色散红外CO2传感器进行温度补偿的模型。从安装在红外探测器上的热敏电阻的输出电压中提取环境温度。为了建立温度补偿模型,进行了温度对传感器模块... 针对农业温室大棚中CO2浓度监测易受到温度影响的问题,建立了一种利用热释电探测器对非色散红外CO2传感器进行温度补偿的模型。从安装在红外探测器上的热敏电阻的输出电压中提取环境温度。为了建立温度补偿模型,进行了温度对传感器模块性能影响的实验,并采用卡尔曼滤波对足够的稳态数据进行处理。在建立温度补偿模型之后,其在30℃温度变化范围内的精度在±150 ppm以内,能够实现较准确的CO2浓度在线监测。 展开更多

关键词 温室 非色散红外 CO2传感器 热释电探测器 温度补偿 卡尔曼滤波

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基于MEMS工艺的集成红外气体传感器工艺研究 被引量：5

8

作者 朱腾飞 李辉 +3 位作者 李明燃 王彬 彭中良 赖建军 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期533-538,共6页

研究了一种采用MEMS技术实现的含有红外发射源和探测单元的片上集成红外气体传感器芯片。通过理论分析证明了探测器和红外发射源可以集成在同一衬底上的可行性,采用正面刻蚀和背面ICP深刻蚀硅工艺实现红外发射元和探测单元的悬空热隔离... 研究了一种采用MEMS技术实现的含有红外发射源和探测单元的片上集成红外气体传感器芯片。通过理论分析证明了探测器和红外发射源可以集成在同一衬底上的可行性,采用正面刻蚀和背面ICP深刻蚀硅工艺实现红外发射元和探测单元的悬空热隔离结构,可以使红外发射源和探测器同时工作在较好的性能状态下。通过对红外气体传感器的红外发射源和探测单元的测试,表明两种单元均可以正常工作,验证了这种集成工艺的可行性。 展开更多

关键词 集成器件 红外气体传感器 红外发射源 红外探测器

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非共振光声红外气体传感器结构参量分析 被引量：2

9

作者 管人宝 何秀丽 +3 位作者 高晓光 赵玲 李建平 贾建 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2012年第8期1-3,21,共4页

非共振光声红外气体传感器在气体检测领域有很好的应用前景。对基于MEMS红外光源的非共振光声红外气体传感器进行了一维模拟,分析了光声腔及红外吸收光路结构对传感器性能的影响;计算了吸收腔气体压强变化量与吸收腔长度及调制频率的关... 非共振光声红外气体传感器在气体检测领域有很好的应用前景。对基于MEMS红外光源的非共振光声红外气体传感器进行了一维模拟,分析了光声腔及红外吸收光路结构对传感器性能的影响;计算了吸收腔气体压强变化量与吸收腔长度及调制频率的关系,研究了光路内壁反射率、样品气室长度对样品气体红外吸收效率的影响。简化的理论分析和计算结果,可以为非共振光声红外气体传感器的结构设计提供参考。 展开更多

关键词 非共振光声 红外气体传感器 MEMS光源 吸收效率

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基于改进型BP神经网络的SF_6气体传感器 被引量：8

10

作者 陈远鸣 常建华 +2 位作者 沈婉 裴昱 卞晓阳 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2017年第10期1582-1588,共7页

针对非色散红外SF_6气体传感器测量精度易受环境温度、气压影响的问题,提出采用混合粒子群优化-误差反向传播(PSO-BP)神经网络预测模型对环境温度、气压变化引起的测量偏差进行实时补偿,并与其他补偿方法进行分析比较。实验结果表明,该S... 针对非色散红外SF_6气体传感器测量精度易受环境温度、气压影响的问题,提出采用混合粒子群优化-误差反向传播(PSO-BP)神经网络预测模型对环境温度、气压变化引起的测量偏差进行实时补偿,并与其他补偿方法进行分析比较。实验结果表明,该SF_6气体传感器在气体浓度0~1000×10^(-6)、温度10~40℃、气压100~120 kPa,相对测量误差为1.5%,检测精度小于±15×10^(-6),检测分辨率为1×10^(-6),有效地消除了环境温度、气压波动引起的非线性影响。相比于经验公式法和RBF神经网络补偿方法,该方法具有较高的测量准确度和稳定性,且无需增加电路模块,有利于降低传感器的体积和成本。 展开更多

关键词 非色散红外 气体传感器 PSO-BP神经网络 实时补偿

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恒温NDIR二氧化碳气体传感器研究 被引量：11

11

作者 裴昱 张加宏 +1 位作者 李敏 顾芳 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期189-195,共7页

环境温度变化会影响CO_(2)对红外光的吸收效率,为提高非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器的测量精度,设计了一种基于增量式PID算法的恒温CO_(2)气体传感器系统。首先利用ANSYS FLUENT软件对恒温控制下的采样气室内部热分布进行模拟仿真,... 环境温度变化会影响CO_(2)对红外光的吸收效率,为提高非色散红外(NDIR)CO_(2)气体传感器的测量精度,设计了一种基于增量式PID算法的恒温CO_(2)气体传感器系统。首先利用ANSYS FLUENT软件对恒温控制下的采样气室内部热分布进行模拟仿真,验证了恒温控制的可行性,然后设计了基于PI加热片的恒温控制系统。实验结果表明,在0~2000 ppm气体浓度范围内,本文提出的CO_(2)气体传感器在恒温40℃时的测量误差小于±60 ppm,该结果对于研制高性能气体传感器有一定参考价值。 展开更多

关键词 非色散红外 增量式PID算法 FLUENT仿真 恒温CO_(2)气体传感器

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基于微型泵吸式的矿用红外一氧化碳传感器研制 被引量：3

12

作者 董康宁 杨晋芳 《工矿自动化》 北大核心 2021年第6期128-132,共5页

现有基于电化学原理的矿用一氧化碳传感器测量数据易受烷类气体、氢气苯类等气体及矿井环境压力的影响,测量结果误差大,且需定期调校。针对该问题,研制了一种基于微型泵吸式的矿用红外一氧化碳传感器。该传感器基于非分散式红外吸收原理... 现有基于电化学原理的矿用一氧化碳传感器测量数据易受烷类气体、氢气苯类等气体及矿井环境压力的影响,测量结果误差大,且需定期调校。针对该问题,研制了一种基于微型泵吸式的矿用红外一氧化碳传感器。该传感器基于非分散式红外吸收原理,利用CO气体对4.5μm的红外辐射具有强烈的吸收,通过测量红外辐射的初始能量和红外辐射被气体吸收后的能量,检测出CO气体浓度。针对扩散式一氧化碳传感器检测采样速度慢,检测结果容易受检测环境的风速、温度等外界因素干扰的问题,采用微型泵吸式检测方式,气体通过微型气泵的流动进入红外敏感元件气室,保证了传感器气流的稳定性。6个月的工业性试验结果表明,该传感器相比传统电化学传感器,具有红外波长固定、测量数据不受其他气体影响的优势;使用中,矿用红外一氧化碳传感器的维护周期大于6个月,主要维护操作是清洁处理,无需更换敏感元件及标校。 展开更多

关键词 一氧化碳传感器 非分散式红外吸收 微型泵吸式 CO气体浓度检测

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CMOS红外光源的设计与实现

13

作者 王林峰 余隽 +3 位作者 李中洲 黄正兴 朱慧超 唐祯安 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第2期120-123,126,共5页

基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))... 基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO_(2))纳米材料复合薄膜作为辐射增强层。基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性。采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片。性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41 ms,电功耗仅为138 mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射。 展开更多

关键词 互补金属氧化物半导体红外光源 非色散红外集成气体传感器 辐射增强层 钨丝微热板

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片上红外气体传感技术的研究进展(特邀) 被引量：2

14

作者 皮明权 郑传涛 +2 位作者 梁磊 宋芳 王一丁 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期92-109,共18页

片上集成的光波导气体传感器具有体积小、重量轻、功耗低、无需光路校准等优点,近年来光学气体传感器逐渐由体积较大的分立系统向片上集成系统演变。中红外波段的气体吸收系数大,但二氧化硅在中红外波段的损耗较大,所以常用的绝缘衬底... 片上集成的光波导气体传感器具有体积小、重量轻、功耗低、无需光路校准等优点,近年来光学气体传感器逐渐由体积较大的分立系统向片上集成系统演变。中红外波段的气体吸收系数大,但二氧化硅在中红外波段的损耗较大,所以常用的绝缘衬底上的硅材料体系不适用于中红外波段。因此,片上气体传感器需要采用硫系玻璃、锗等中红外透明材料来拓宽工作波段。同时,波导结构直接影响了气体对光的吸收,而且气体传感技术也会影响传感器性能。本文总结了基于红外吸收光谱的片上气体传感器的最新进展。介绍了片上气体传感方法、波导材料、波导结构、片上气体传感的理论和实验进展。阐述了矩形波导、狭缝波导、悬浮波导、微环谐振波导和光子晶体波导在片上气体传感领域的应用现状。最后对基于红外吸收光谱的片上气体传感器进行了展望。 展开更多

关键词 红外吸收光谱 气体传感器 光波导传感器 集成光学 可调谐半导体激光吸收光谱

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基于NDIR技术的高压组合电器中CF4气体检测方法研究 被引量：7

15

作者 张施令 李京伟 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期158-164,共7页

为了实现对高压组合电器GIS气室中CF4气体的在线实时检测,完善基于气体化学成分分析实现对高压电气设备缺陷诊断,应用非分散红外(NDIR)技术设计了一种光学CF4气体传感器。系统采用单光束双波长结构,确定了折返光路气室类型,提高系统灵... 为了实现对高压组合电器GIS气室中CF4气体的在线实时检测,完善基于气体化学成分分析实现对高压电气设备缺陷诊断,应用非分散红外(NDIR)技术设计了一种光学CF4气体传感器。系统采用单光束双波长结构,确定了折返光路气室类型,提高系统灵敏度。硬件方面,采用具有多路12位精度的模数转换器高性能单片机,进一步提高检测精度。多组分配气系统实验测试结果显示:不同体积分数的CF4气体在RBF?PSO算法温度补偿前后传感器测试的最大示值误差分别为7.93%、1.20%;对不同体积分数的CF4气体量程标定测试时的参比信号幅值与测量通道信号幅值的比值SB/SA进行指数拟合,非线性相关度R2为0.9993;传感器重复性平行实验显示RSD分别为0.87%、0.44%、0.32%。综上,验证了该CF4传感器在测量范围、抗干扰能力、检测精度及重复性等方面的优势。 展开更多

关键词 GIS气室 CF4气体 非分散红外技术 双波长红外差分 传感器 温度补偿 校准实验

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基于CO_2浓度监测的飞机火警探测方法 被引量：6

16

作者 赵建华 方丽丽 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期2205-2210,共6页

目前飞机普遍采用感温、感烟火警探测方法,其存在误报率高的缺陷.分析了发生火灾时气态燃烧产物的生成规律,提出了以CO_2气体为火警探测参量,通过准确监测环境中CO_2气体浓度的变化,进行飞机火警探测的方法;根据飞机飞行所处环境条件的... 目前飞机普遍采用感温、感烟火警探测方法,其存在误报率高的缺陷.分析了发生火灾时气态燃烧产物的生成规律,提出了以CO_2气体为火警探测参量,通过准确监测环境中CO_2气体浓度的变化,进行飞机火警探测的方法;根据飞机飞行所处环境条件的特殊性,研究了基于非色散红外(NDIR)吸收原理的CO_2气体浓度监测的飞机火警探测方法应用于飞机上所面临的温度补偿难题;根据飞机火警探测器测量电压与环境温度、参比电压之间的关系,采用偏最小二乘(PLS)法建立飞机火警探测器温度补偿模型;根据飞机火警探测器测量电压与CO_2气体浓度之间的关系,采用PLS法建立CO_2气体浓度计算模型;研究了基于CO_2气体浓度监测的报警算法,为飞机火警探测提供了一种新的方法. 展开更多

关键词 非色散红外(NDIR) 偏最小二乘法 CO2气体浓度监测 飞机火警探测器 温度补偿模型 浓度计算模型 自适应报警算法

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第一章 关于大气污染的分析方法

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《中国环境监测》 CAS CSSCI CSCD 北大核心 1990年第6期47-59,共页

【正】 前言 此章以前,按监测所使用的不同分析仪器,就最近受到人们重视的环境分析方法进行了介绍,其中有许多是作者本人的见解。从本章开始,按大气污染和水质污浊来区分,对在各自领域中最引人注目的分析方法,以及在使用这些方法时应该... 【正】 前言 此章以前,按监测所使用的不同分析仪器,就最近受到人们重视的环境分析方法进行了介绍,其中有许多是作者本人的见解。从本章开始,按大气污染和水质污浊来区分,对在各自领域中最引人注目的分析方法,以及在使用这些方法时应该注意的问题进行介绍。在大气污染分析的领域中,氟里昂、酸雨分析已分别进行了介绍,这里将介绍一些其它令人感兴趣的方法,并且联系到新监测技术的探索、压电电器检测、特殊的非色散红外分析仪、电子显微镜、光声光谱(PAS)、激光、荧光分光等技术也将予以介绍。 展开更多

关键词 石棉 分析方法 大气污染 非色散红外分析 甲基硫醇 试样池 标准气体 突破体积 ENVIRO 集管

全文增补中