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基于高精密腔的高灵敏臭氧探测技术研究
1
作者 刘孟辉 童金钊 +2 位作者 林川 黄晨光 谢品华 《量子电子学报》 北大核心 2025年第3期381-390,共10页
本研究开发了一种基于高精密腔技术的高灵敏臭氧(O_(3))检测系统。该系统采用中心波长为266 nm的深紫外发光二极管(DUV-LED)作为光源,以反射率为99.7%的两片高反镜构建了长为30 cm的光学腔,其有效吸收光程达到84.7 m。首先探究了DUV-LE... 本研究开发了一种基于高精密腔技术的高灵敏臭氧(O_(3))检测系统。该系统采用中心波长为266 nm的深紫外发光二极管(DUV-LED)作为光源,以反射率为99.7%的两片高反镜构建了长为30 cm的光学腔,其有效吸收光程达到84.7 m。首先探究了DUV-LED光源的稳定性及其中心波长处其他气体的干扰,标定了该系统的有效腔长,并进行了空腔消光值校准。随后,采用艾伦偏差对系统的性能进行了评估,评估结果表明集成后的系统在1 s时间分辨率下对O_(3)的检测限为129×10^(-12)(1σ),系统总不确定度为6.2%。最后,为进一步分析系统的环境适应性和稳定性,利用该系统在合肥科学岛综合楼开展了连续3 d的外场观测应用实验,并与商业仪器Thermo-49i进行了同步O_(3)测量分子浓度比对。观测结果表明两套系统测量的O_(3)分子浓度数据具有较好的一致性,相关性系数为0.98,斜率为1.01,截距为0.75,验证了该系统测量的准确性和可靠性,表明该系统能够应用于实际环境中O_(3)的高灵敏度、高时间分辨率的测量。 展开更多
关键词 大气光学 臭氧探测 高精密腔技术 深紫外发光二极管
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大视场宽谱段地物观测高光谱成像仪光学系统研究(内封面文章·特邀)
2
作者 冯海生 温健 +5 位作者 吴骕 汪涛 郑姗姗 凌湛钧 薛辉 于磊 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期38-46,共9页
大视场宽谱段高光谱成像仪可以用在各种机载或星载平台上,从而为地物环境观测提供有效的新型观测方法。文中研究的高光谱成像仪的光学系统工作波段为350~1 000 nm,视场角达到30°,F数为2.5;设计方法上采用望远镜和成像光谱仪系统分... 大视场宽谱段高光谱成像仪可以用在各种机载或星载平台上,从而为地物环境观测提供有效的新型观测方法。文中研究的高光谱成像仪的光学系统工作波段为350~1 000 nm,视场角达到30°,F数为2.5;设计方法上采用望远镜和成像光谱仪系统分别单独设计,然后进行最终匹配。望远镜系统设计上,在紫外-可见-近红外的宽波段上选用了离轴两反式光学系统,结构紧凑,设计光学性能优越;成像光谱仪系统设计上选用了改进型的Dyson系统,可配合望远镜实现大数值孔径。最终设计系统的光谱分辨率达到2.07 nm,空间分辨率优于1 mrad,具备良好的光学性能。该研究为未来地物环境的高光谱观测提供了良好的工程应用基础。 展开更多
关键词 成像光谱仪 高光谱 宽谱段
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基于偏振信息的污泥沉降比快速测量研究
3
作者 王新强 覃杉 +4 位作者 孙晓兵 熊伟 叶松 王方原 童宣科 《应用光学》 北大核心 2025年第1期121-128,共8页
污水处理是人类生产、生活中保持水源清洁的重要环节,污泥沉降比是衡量污水处理效果的关键指标。现有的污泥沉降比测量需要等杂质沉淀完成,耗费时间长,检测效率低下。为了实现实时、非接触、低耗测量污泥沉降比,研究了均匀污泥水样光偏... 污水处理是人类生产、生活中保持水源清洁的重要环节,污泥沉降比是衡量污水处理效果的关键指标。现有的污泥沉降比测量需要等杂质沉淀完成,耗费时间长,检测效率低下。为了实现实时、非接触、低耗测量污泥沉降比,研究了均匀污泥水样光偏振信息与沉降比之间的关系,通过测量污泥沉淀前混合溶液的偏振图像,提取偏振特征参量,利用BP(back propagation)神经网络对偏振参量与沉降比进行训练建模,建立了输入层为I、Q、U、P、θ,隐含层节点数为13,输出层为污泥沉降比,网络拓扑结构为“5-13-1”的BP神经网络预测模型。模型训练采用L-M(Levenberg-Marquardt)算法,网络传递函数采用tansig-purelin。结果表明:预测模型的平均相对误差为4.361%,平均绝对误差为0.00821,均方误差为0.00014,均方根误差为0.01213,四者均在误差允许的范围内,能够用于污泥沉降比的快速预测。 展开更多
关键词 偏振信息 污泥沉降比 定量检测 BP神经网络
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生物质燃烧跨境传输对中国云南边境城市空气质量影响的研究
4
作者 邱飞 毕丽玫 +7 位作者 刘炤寰 向峰 刀谞 史建武 赵露 孙倩倩 项衍 张天舒 《北京大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期277-289,I0001-I0004,共17页
为研究中国西南边境省份云南省空气质量在春季受外围地区生物质燃烧跨境传输的影响,针对2024年4月1—18日云南省大范围污染增长过程,以蒙自市、芒市和勐腊县3个云南省边境城市为例,利用地基颗粒物激光雷达组网观测,结合地面空气质量数... 为研究中国西南边境省份云南省空气质量在春季受外围地区生物质燃烧跨境传输的影响,针对2024年4月1—18日云南省大范围污染增长过程,以蒙自市、芒市和勐腊县3个云南省边境城市为例,利用地基颗粒物激光雷达组网观测,结合地面空气质量数据、气象数据和MODIS卫星遥感数据,利用HYSPLIT后向轨迹模式和潜在源浓度权重轨迹分析法等多种手段,分析污染物的时空分布特征和运动轨迹,评估其对云南省空气质量的影响。结果表明,2024年4月云南省外围地区火点数量较多,在西南季风主导下,夜间至上午时段,蒙自市、芒市和勐腊县易受缅甸、泰国、老挝和越南等地生物质燃烧跨境传输的影响,滞后时间为1.5~72h,覆盖范围可达2300km。在污染增长过程期间,蒙自市空气质量主要受缅甸、老挝和越南等地污染混合层内输送影响,缅甸东部以及途经地区的污染输送导致4月6日下午蒙自市地面PM_(2.5)浓度升高约30μg/m^(3)。芒市主要受缅甸和孟加拉国等地污染贴地输送以及低空沉降影响,勐腊县主要受老挝、缅甸和泰国等地污染贴地输送以及低空沉降影响。总体来看,缅甸对云南省边境城市空气质量的影响最大。 展开更多
关键词 跨境传输 大气污染 激光雷达 生物质燃烧 云南省
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浮游植物类别不均衡图像分类方法对比研究 被引量：1
5
作者 梁天泓 殷高方 +9 位作者 邵新童 赵南京 张小玲 贾仁庆 徐敏 张子豪 胡翔 黄朋 董鸣 陈晓伟 《生态学报》 北大核心 2025年第7期3534-3543,共10页
自然水体中浮游植物物种丰富且类别分布不均,采集的显微图像中优势类别样本远多于劣势类别样本,导致深度学习方法在劣势类别上的分类准确率低。针对浮游植物类别不平衡引起的深度学习模型分类误差问题,分析了宏观领域类别不平衡问题的... 自然水体中浮游植物物种丰富且类别分布不均,采集的显微图像中优势类别样本远多于劣势类别样本,导致深度学习方法在劣势类别上的分类准确率低。针对浮游植物类别不平衡引起的深度学习模型分类误差问题,分析了宏观领域类别不平衡问题的多种解决方法和策略,探究这些方法在浮游植物显微图像领域的实用性。采集了巢湖流域中常见的29个藻属、18044张图像,构建了具有严重类别不平衡特性的浮游植物显微图像数据集,并提出使用微平均和宏平均综合评价模型的分类能力。实验结果表明,常规方法训练的模型预测劣势类别样本时的F1值较低,而使用重采样大类中平方根采样法训练的模型在微平均和宏平均两个指标上均有明显提升,分类F1值分别达到了0.932和0.852。特别地,在样本数量最少的10个类别上,微平均和宏平均的F1值分别提高了9.64%和15.94%。为自然水体浮游植物群落结构自动化检测提供了更有效的深度学习模型训练方法。 展开更多
关键词 浮游植物 显微 深度学习 类别不均衡 图像分类
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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究 被引量：1
6
作者 李浩然 曾议 +5 位作者 朱磊 窦科 刘志宏 常振 江宇 司福祺 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期15-23,共9页
光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。 展开更多
关键词 光解速率 光谱仪 辐亮度 光学接收器
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大气折射的影响与修正技术研究进展
7
作者 李洋 靖旭 +3 位作者 秦来安 程乙轮 王港雨 侯再红 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第1期1-16,共16页
为了深入了解大气折射的相关进展,本文从其影响、公式发展以及修正原理等方面进行了介绍。针对大气折射的影响,本文根据研究领域涉及的波段不同,将其划分为应用于光学成像、激光传输和光电跟踪等领域的可见光到红外波段,以及应用于雷达... 为了深入了解大气折射的相关进展,本文从其影响、公式发展以及修正原理等方面进行了介绍。针对大气折射的影响,本文根据研究领域涉及的波段不同,将其划分为应用于光学成像、激光传输和光电跟踪等领域的可见光到红外波段,以及应用于雷达测量和卫星探测等领域的无线电波段。这两个波段在实际处理过程中选取的计算公式是不同的。根据折射率公式的发展历史对折射率公式进行介绍,并指出了各公式的局限性。目前对于前者波段公式的最佳选择是Rüeger学者所总结的公式,而对于后者建议选择ITU-R P.453-13建议书中的无线电折射率公式。最后介绍了获取大气折射率的传统计算方法和光学测量方法。传统计算方法是基于大气模式或气象数据建立的模型,通过公式计算或模型拟合来确定特定区域的折射率。这种方法在单一环境或平均范围内具有一定的准确性。而光学测量方法不需要大气模型作为基础,更不用依赖气象参数,测量结果数据实时性高、更具路径代表性,能弥补一些传统方式的弊端,更符合未来的发展趋势。 展开更多
关键词 大气折射 折射率公式 大气光学 光学测量
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熔融法制备Nd:YLF原料及其晶体生长和性能研究
8
作者 赵凯旋 刘文鹏 +6 位作者 丁守军 窦仁勤 罗建乔 高进云 孙贵花 任浩 张庆礼 《无机材料学报》 北大核心 2025年第5期529-535,共7页
Nd^(3+)离子掺杂LiYF_(4)(Nd:YLF)晶体是一种性能优异的激光晶体,在科研、工业、医疗领域具有广泛应用。目前,采用二元氟化物混合作为晶体生长原料存在形成氟氧化物的问题,利用HF气体氟化制备原料又相对复杂,因此制备高纯度氟化物原料... Nd^(3+)离子掺杂LiYF_(4)(Nd:YLF)晶体是一种性能优异的激光晶体,在科研、工业、医疗领域具有广泛应用。目前,采用二元氟化物混合作为晶体生长原料存在形成氟氧化物的问题,利用HF气体氟化制备原料又相对复杂,因此制备高纯度氟化物原料是实现高质量氟化物晶体生长的重要因素之一。另外,晶体生长气氛中通常含有CF_(4)或HF,其对生长系统有较强腐蚀性,提高了晶体生长成本。本研究设计了一种近密闭式熔料装置,并结合在高于晶体熔点温度下的熔料工艺和漂浮物打捞工艺,以获得高纯度YLF晶相多晶生长原料。在高纯Ar气氛中进行Nd:YLF晶体生长,获得了完整晶体。测试了多晶原料、制得晶体的X射线衍射(XRD)谱图,并采用Rietveld方法进行精修,获得了晶体的晶格参数、原子坐标、原子占有率和温度因子等参数。晶体的(100)晶面的X射线摇摆曲线(XRC)半高宽(FWHM)为0.007°。通过测量晶体中的各元素含量,得到Nd^(3+)在YLF中的分凝系数为0.3。晶体a、c晶向的最强吸收峰在797.4和792.3 nm,吸收截面分别为3.37×10^(–20)和5.49×10^(–20) cm^(2)。最强发射峰位于1047 nm,发射截面为1.598×10^(–19) cm^(2),荧光寿命为483μs。本研究采用熔融法制备的Nd:YLF多晶生长原料相纯度高,结合提拉法晶体生长过程中抽真空和升温工艺,能够大幅减少晶体生长过程中氟氧化物的形成,实现在Ar气氛下生长晶体。 展开更多
关键词 ND:YLF 激光晶体 晶体结构 光谱分析
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水质-藻类耦合视角下的水质评估与驱动因子——以新安江上游安徽段流域为例
9
作者 张劲松 巨昕玥 +8 位作者 郑洁 黄朋 胡翔 董鸣 贾仁庆 王翔 马明俊 赵南京 殷高方 《中国环境科学》 北大核心 2025年第8期4482-4490,共9页
以新安江上游安徽段流域为例,从水质-藻类耦合视角研究了2022年8月~2023年4月期间其水质演变过程与藻类响应特征;利用多元统计分析探究了水质演变的关键驱动因子,在此基础上辨识水质演变特征与藻类指标之间的潜在关联性,开发了具备水生... 以新安江上游安徽段流域为例,从水质-藻类耦合视角研究了2022年8月~2023年4月期间其水质演变过程与藻类响应特征;利用多元统计分析探究了水质演变的关键驱动因子,在此基础上辨识水质演变特征与藻类指标之间的潜在关联性,开发了具备水生态健康指示效应的关键藻复合指标:单位质量藻表观浊度(AT)和总藻浓度梯度下典型藻优势度(ADI),揭示了其在水质评估中的作用机制.最后,提出了集水质和藻类响应特征于一体的综合水质识别概念模型.结果表明,(1)研究区水质评价以Ⅲ类为主(占比为67.9%),水质综合指数(WQI)平均值为81.61(范围为55.44~90.83),达到良好等级,在2023年2月~2023年4月水质出现明显恶化,WQI平均值降至76.09,特别需要更好的识别和保护;(2)水温(WT)、溶解氧(DO)及营养盐浓度是导致水质演变的重要驱动因子,Spearman相关系数最高可达0.72(P≤0.01);(3)藻复合指标AT和ADI作为表征水质和生态系统状态的综合指标可快速识别水体恶化;(4)基于感官特征、有机物特征和藻类响应特征构建的水质识别概念模型有望解决现有水质评价标准忽略水质恶化和生物指标的问题.研究结果可为新安江水源地水生态环境的识别和保护以及传统监测系统的提升与革新提供科学理论依据. 展开更多
关键词 水质-藻类耦合 水质评估 驱动因子 新安江
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Yb:K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2)晶体生长及物性评价研究
10
作者 张传成 任浩 +5 位作者 王苗苗 刘龙超 邹勇 刘海莲 刘文鹏 丁守军 《量子电子学报》 北大核心 2025年第1期148-156,共9页
本文采用提拉法生长出Yb^(3+)掺杂(原子数分数为5%)钼酸钆钠钾激光晶体K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2),表征了晶体的结构,使用排水法获得了晶体的密度,测试了晶体的硬度、比热、热扩散系数以及热导率等物理特性,并提出了一种简单有效... 本文采用提拉法生长出Yb^(3+)掺杂(原子数分数为5%)钼酸钆钠钾激光晶体K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2),表征了晶体的结构,使用排水法获得了晶体的密度,测试了晶体的硬度、比热、热扩散系数以及热导率等物理特性,并提出了一种简单有效的比热和热扩散系数理论拟合方法,拟合结果与实验结果吻合良好。研究表明:钼酸钆钠钾激光晶体属于四方晶系,具有白钨矿结构特征,晶体的实验密度和理论密度分别为5.3792 g/cm^(3)和5.3460 g/cm^(3);晶体b轴方向的维氏硬度为251.5 kg/mm^(2);随着温度的升高,晶体的热导率从300 K时的1.03 W⋅m^(-1)⋅K^(-1)下降到400 K时的0.91 W⋅m^(-1)⋅K^(-1);该晶体在300 K温度下的比热接近0.62 J⋅g^(-1)⋅K^(-1),表明晶体具有较高的热损伤阈值;在970 nm InGaAs激光二极管激发下,晶体的最强发射峰位于1023 nm处,发射带宽达到了43 nm,表明该晶体有望应用于宽带可调谐和超短脉冲激光领域。对该晶体的机械、热力学性能和光谱性能的研究可以为该晶体的激光性能研究提供重要的参考。 展开更多
关键词 光学材料 K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2) 提拉法 热导率 维氏硬度
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用于监测临近空间紫外辐射的臭氧反演方法研究
11
作者 安源 王先华 +4 位作者 叶函函 施海亮 吴时超 李超 孙二昌 《光子学报》 北大核心 2025年第1期59-84,共26页
现有利用遥感方式进行臭氧反演中的先验廓线来自于气候数据库,其反演结果难以反映临近空间中臭氧的高时空变化特性。利用戈达德地球观测系统—化学模型(GEOS-Chem)模拟高时空臭氧廓线的能力,构建高时空分辨率的臭氧先验廓线用于反演方法... 现有利用遥感方式进行臭氧反演中的先验廓线来自于气候数据库,其反演结果难以反映临近空间中臭氧的高时空变化特性。利用戈达德地球观测系统—化学模型(GEOS-Chem)模拟高时空臭氧廓线的能力,构建高时空分辨率的臭氧先验廓线用于反演方法,将GEOS-Chem反演结果和对流层监测仪(TROPOMI)2级产品进行比对,并用高精度的地基和临边观测产品验证。反演和比对验证结果显示,基于GEOS-Chem先验的反演结果与地基高精度观测数据较为一致,且两者相对偏差的极值差较TROPOMI 2级产品的小19.31%,导致紫外辐射变化幅度为1.22×10^(-6)~5.50×10^(-6)W·nm^(-1)·m^(-2)。为比较不同海拔高度区域反演结果的精度,将反演结果分别和TROPOMI以及臭氧绘图与廓线组件载荷(OMPS)的臭氧产品比较,不同区域,前者相对偏差的极值差较后者分别小28.64%、20.91%,使得紫外辐射发生最大约50.27%、-41.79%的变化。结果表明基于GEOS-Chem臭氧先验廓线的高时空分辨率反演方法,可以较好地反映临近空间紫外辐射量的变化。 展开更多
关键词 临近空间 臭氧廓线 戈达德地球观测系统—化学模型 最优估计法 紫外辐射
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基于PIEspline的土壤XRF光谱背景扣除方法研究
12
作者 李唐虎 甘婷婷 +4 位作者 赵南京 殷高方 叶紫琪 汪颖 盛若愚 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1364-1372,共9页
XRF光谱法作为重金属现场快速检测的重要技术手段,当其用于土壤重金属检测时,受土壤基质影响XRF光谱中存在强度较高且复杂的背景光谱,严重影响重金属特征谱峰信息的准确获取及定量分析准确性。针对该问题,提出一种极值法峰谷识别与惩罚... XRF光谱法作为重金属现场快速检测的重要技术手段,当其用于土壤重金属检测时,受土壤基质影响XRF光谱中存在强度较高且复杂的背景光谱,严重影响重金属特征谱峰信息的准确获取及定量分析准确性。针对该问题,提出一种极值法峰谷识别与惩罚项修正的三次平滑样条曲线拟合相结合(PIEspline)的土壤XRF光谱背景扣除方法,该方法首先通过极值法对土壤完整XRF光谱中的峰谷点进行识别,获取光谱中对背景具有代表性的数据点,再对一系列峰谷点进行惩罚项修正的三次平滑样条曲线拟合形成背景基线,从而实现土壤XRF光谱中复杂背景的扣除;并通过与自适应迭代重加权惩罚最小二乘法(airPLS)、迭代小波变换法(IWT)、统计敏感的非线性迭代剥峰算法(SNIP)三种传统光谱背景扣除方法对比,进一步验证了PIEspline方法的性能。结果表明:对于模拟的土壤XRF光谱,PIEspline方法所获取的背景谱线与光谱真实背景谱线间的均方根误差(RMSE)分别为0.4258和0.6441,均低于其他三种方法,并且具有最快的背景扣除运行效率;对于栗钙土、盐碱土和黄土三种不同类型土壤及农用、工业、建筑三种不同用途土壤,PIEspline方法背景拟合所获得的XRF光谱中10个特征谷点处荧光强度的平均相对误差为10.87%,与三种传统方法相比分别降低了84.88%、76.30%和16.51%;且PIEspline方法用于上述6种土壤中Cr、Pb、Cd定量分析的平均相对误差分别为4.01%、2.50%和5.20%,与airPLS、IWT、SNIP三种方法相比分别降低了22.39%~84.07%、60.15%~71.92%和79.18%~84.07%,且当土壤类型和用途发生变化时,PIEspline方法的相对误差波动最小,展现出了最好的稳定性,表明PIEspline方法在不同类型及不同用途土壤多种重金属同时XRF定量分析中具有最好的普适性。因此该研究所提出的PIEspline方法能够实现不同类型与不同用途土壤XRF光谱背景的精准扣除,有利于提高重金属XRF定量分析准确性。该研究为土壤重金属XRF现场快速准确检测提供了重要的方法基础。 展开更多
关键词 X射线荧光 背景扣除 重金属检测 光谱解析 土壤
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基于Lasso回归算法的激光大气传输快速评估模型研究
13
作者 黄志福 张滢 +5 位作者 李南 冯晓星 王志强 乔春红 范承玉 王英俭 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第7期382-391,共10页
采用中国科学院合肥物质科学研究院自行研制的高精度激光大气传输四维数值模拟程序(HELP-4D),针对1μm波段固态激光在典型应用场景下的大气传输过程进行数值仿真,构建了40 000组数据集。以数据集内激光发射系统参数、传输场景参数、传... 采用中国科学院合肥物质科学研究院自行研制的高精度激光大气传输四维数值模拟程序(HELP-4D),针对1μm波段固态激光在典型应用场景下的大气传输过程进行数值仿真,构建了40 000组数据集。以数据集内激光发射系统参数、传输场景参数、传输效应特征参数等作为输入,激光到达目标处光斑扩展半径、扩展倍数等光束质量评价因子作为输出,采用机器学习技术,建立了基于Lasso回归算法的评估模型。结果表明,当大气相干长度r_(0)(1~100 cm)、热畸变参数N_(D)(0~500)、大气透过率T(0~1)等特征参数变化幅度较大时,该模型均能较好地评估激光传输效果,模型评估结果与数据集中仿真数据的平均相对误差均≤5%,决定系数和相关系数均≥0.98,单次评估时间在微秒量级。该模型能够快速准确地评估激光大气传输到靶光束质量,为先进激光系统的实际应用提供技术支撑。 展开更多
关键词 Lasso回归 激光大气传输 光束质量评价因子 快速评估
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煤炭地下气化产物甲烷高温高压光谱测量技术研究
14
作者 王旭东 姜黎明 +7 位作者 梅教旭 王瑞峰 古明思 陈家金 谈图 王贵师 刘锟 高晓明 《量子电子学报》 北大核心 2025年第1期27-36,共10页
煤炭地下气化是实现煤炭清洁高效利用的一种重要途径。针对煤炭地下气化产物甲烷在高温高压环境下的检测难题,提出了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的高温高压甲烷宽谱测量及气体参数反演方法。首先,基于宽波长可调谐半... 煤炭地下气化是实现煤炭清洁高效利用的一种重要途径。针对煤炭地下气化产物甲烷在高温高压环境下的检测难题,提出了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术的高温高压甲烷宽谱测量及气体参数反演方法。首先,基于宽波长可调谐半导体激光器,建立了一套高温高压甲烷吸收宽谱测量系统;然后,利用该系统测量了2.05%的标准浓度甲烷气体在温度为200℃和400℃、压力为0.5×10^(6)~3.0×10^(6)Pa条件下的吸收光谱,光谱测量范围为6010~6190 cm^(−1);最后,基于吸收光谱,利用最小二乘拟合算法实现了甲烷浓度、温度、压力多参数同时反演,各参数反演结果误差均在10%以内。本工作为实现煤炭地下气化产物甲烷气体的在线检测提供了一种有效可行的手段。 展开更多
关键词 光谱学 光谱测量反演 可调谐半导体激光吸收光谱 甲烷 高温高压
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基于Fabry-Perot标准具的高精度波长实时监测方法研究
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作者 林雨晴 夏滑 +4 位作者 张志荣 孙鹏帅 吴边 李哲 蔡永军 《量子电子学报》 北大核心 2025年第2期187-195,共9页
在采用腔衰荡、腔增强等高精度激光吸收光谱技术进行气体测量时,激光器输出波长的稳定性直接关系到测量的准确度。因此,准确测定激光器波长对高灵敏激光吸收光谱技术具有至关重要的作用。本文以腔衰荡吸收光谱中常采用的分布式反馈(DFB... 在采用腔衰荡、腔增强等高精度激光吸收光谱技术进行气体测量时,激光器输出波长的稳定性直接关系到测量的准确度。因此,准确测定激光器波长对高灵敏激光吸收光谱技术具有至关重要的作用。本文以腔衰荡吸收光谱中常采用的分布式反馈(DFB)激光器为例,搭建了一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)标准具的波长监测系统。该系统利用F-P标准具产生干涉事件,调节激光器驱动电流进行波长扫描,同时启用参考波长计,得到波长和干涉光强的函数关系,在后续测量中通过此函数关系反演波长信息。实验中采用中心波长为1653 nm的DFB激光器,F-P系统对其实现了1653.66160 nm至1653.77718 nm波段内的波长测量。对系统的测量结果与参考波长计的读数进行线性拟合,二者拟合度为0.9999,证明F-P波长监测系统的可靠性。为进一步验证系统的稳定性和测量精度,在激光器中心波长处进行了10 min的连续监测,结果表明,系统精度为±9.12×10^(-5)nm。本工作的开展对后续采用腔衰荡吸收光谱技术实现高精度大气背景及同位素气体测量具有积极的意义。 展开更多
关键词 激光技术 激光吸收光谱 法布里-珀罗标准具 波长监测 干涉光强 腔衰荡吸收光谱
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水质生物毒性检测方法研究进展与应用现状
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作者 谭小璇 甘婷婷 +3 位作者 殷高方 李乐彤 黄朋 安莉莎 《岩矿测试》 北大核心 2025年第3期331-351,共21页
突发性水体污染事件频繁爆发,对供水安全、生态环境和人类健康构成严重威胁,已成为制约社会经济可持续发展的重大环境问题。面对数以万计的毒性污染物及日益严峻的水污染问题,水质生物毒性检测由于能够以效果导向反映污染物对水生生物... 突发性水体污染事件频繁爆发,对供水安全、生态环境和人类健康构成严重威胁,已成为制约社会经济可持续发展的重大环境问题。面对数以万计的毒性污染物及日益严峻的水污染问题,水质生物毒性检测由于能够以效果导向反映污染物对水生生物的毒害效应,弥补传统理化指标检测既无法实现水体众多毒性污染物的全面检测,又无法准确判断污染物对生物体的毒害影响等不足,已成为水质状况调查及水环境安全监管的重要手段,对保障水质及水生态环境安全至关重要。鉴于此,本文基于近年来国内外水质生物毒性检测相关研究成果,系统总结了现有水质生物毒性检测方法,基于不同检测方法所用的毒性响应指标、毒性检测原理,对比了不同检测方法的特点,分析了已有检测方法的发展现状。当前,基于不同受试生物(鱼类、蚤类、发光菌类、藻类)的水质生物毒性检测方法,已在重金属、农药(包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂)等典型环境污染物毒性分析及实际水体毒性检测与评估中获得广泛应用。其中,发光菌法及藻类光合抑制法由于具有毒性响应快速的特点,是当前水质生物毒性现场快速检测的重要手段。由于不同受试生物对不同类型污染物的毒性响应灵敏性存在差异,仅以单一生物和单一指标无法全面评价水体综合毒性。未来,发展基于多层级水生生物的多指标水质生物毒性检测与评估方法、建立水体表观毒性及潜在毒性相融合的水质毒性全面表征与评估新方法及相应的毒性分级标准,将是水质生物毒性检测研究方向的发展重点与难点。 展开更多
关键词 水质生物毒性 毒性检测 水质安全 环境污染物 水生生物 发光菌毒性检测法 藻类毒性检测法
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基于相位生成载波和解包裹技术的湍流相位检测方法研究
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作者 童杰 梅海平 +1 位作者 任益充 陶志炜 《量子电子学报》 北大核心 2025年第2期265-277,共13页
针对光纤湍流测量技术中湍流随机相位差解调算法存在的相位检测周期性边界问题,从内调制相位载波技术原理及其信号表现形式出发,提出了一种结合相位解包裹技术的大气光学湍流相位差解调算法,称之为相位载波解包裹算法(PGCU)。通过数值模... 针对光纤湍流测量技术中湍流随机相位差解调算法存在的相位检测周期性边界问题,从内调制相位载波技术原理及其信号表现形式出发,提出了一种结合相位解包裹技术的大气光学湍流相位差解调算法,称之为相位载波解包裹算法(PGCU)。通过数值模拟,对比分析了该算法与传统微分交叉(DCM)算法在不同条件下的解调误差。仿真结果表明:PGCU算法不仅能够突破检测相位的周期性边界,而且在湍流由强变弱的条件下,其解调误差均值相比DCM算法大幅度降低7~11个数量级,且解调误差与信号幅值、频率均呈正相关趋势;调制频率从2000 Hz提高到7000 Hz,PGCU算法的解调误差最大值减少4个数量级,而DCM算法只能降低8.8%。此外,还提出了动态跟踪调制频率算法来解决调制频率波动带来的误差问题。最后,通过搭建实验平台解调压电陶瓷产生的相位差实验,给出解调相位与测量相位最小相对误差为1.18%,最大相对误差为11.61%,初步验证了PGCU算法的可靠性和精度。该研究通过引入相位解包裹技术,提高了湍流随机相位差检测范围,大幅度降低了解调误差,对光纤湍流测量系统的实际应用有一定的指导意义。 展开更多
关键词 大气光学 大气光学湍流 相位检测方法 相位载波解包裹 随机相位差
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基于半球形声学共振腔的光声光谱气体传感系统研究
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作者 王高旋 丁志华 高晓明 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期608-615,共8页
声学共振腔是光声吸收光谱技术的重要器件,相比于传统使用的圆柱形声学共振腔,球形声学共振腔具有体积小、品质因数高、更易提高气体吸收路径等优点。为进一步减小声学共振腔体积,实现微型化声学共振腔,本文首次报道了一种基于半球形声... 声学共振腔是光声吸收光谱技术的重要器件,相比于传统使用的圆柱形声学共振腔,球形声学共振腔具有体积小、品质因数高、更易提高气体吸收路径等优点。为进一步减小声学共振腔体积,实现微型化声学共振腔,本文首次报道了一种基于半球形声学共振腔的光声光谱气体传感系统,该半球形声学共振腔半径为15 mm,容积为7.07 mL。通过理论仿真和实验测试验证,测量出半球形声学共振腔的频率响应曲线,进一步确定了半球形声学共振腔的最佳工作频率和麦克风位置。为进一步提高光声光谱气体传感系统性能,通过增大声学共振腔的光线入射口尺寸,与多通池相耦合在一起,进一步增加气体吸收路径。多通池由两个反射镜构成,反射镜直径为25.4 mm,曲率半径为100 mm,距离20 cm,反射镜面上反射光斑为单线点模式,最终通过使用多通池提高了6倍的甲烷光声吸收信号幅值和4倍的甲醛光声吸收信号幅值。通过使用多麦克风方法,将光声光谱信号幅值提升了4倍。最终,光声光谱仪器耦合了发射波长位于1653和3640 nm的两个可调谐激光器,两个激光器通过不同位置入射至声学共振腔中,实现了甲烷和甲醛两种气体的测量,检测灵敏度为2.11×10^(-6)(20 s)和0.71×10^(-6)(20 s)。通过测量不同甲烷浓度下光声信号校准了光声光谱系统,实验结果表明光声信号与气体浓度具有良好的线性关系。通过使用Allan标准差方法评估光声光谱系统在长时间工作下的仪器稳定性,在仪器最佳积分时间660 s,甲烷检测灵敏度提升至0.4×10^(-6)。半球形声学共振腔由于其良好的光源适用性、体积小等特点,在光声光谱气体传感领域具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 光声光谱 半球形声学共振腔 气体传感 甲烷 甲醛
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差分光学吸收光谱法测量大气污染气体的研究 被引量：31
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作者 周斌 刘文清 +4 位作者 齐峰 张玉钧 李振壁 崔延军 蒋舸扬 《环境科学研究》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期23-26,共4页
介绍了差分光学吸收光谱 (DOAS)法测量大气污染气体的基本原理 ,描述了收发一体的DOAS系统的设计以及在同一波段对多种被测气体浓度同时进行反演的数据处理方法 ,并且对周围环境中的SO2 ,O3和NO2 进行了长期监测 ,得到的结果与实际情况... 介绍了差分光学吸收光谱 (DOAS)法测量大气污染气体的基本原理 ,描述了收发一体的DOAS系统的设计以及在同一波段对多种被测气体浓度同时进行反演的数据处理方法 ,并且对周围环境中的SO2 ,O3和NO2 进行了长期监测 ,得到的结果与实际情况相符合。 展开更多
关键词 差分光学吸收光谱 最小二乘法 环境监测 大气污染 污染气体
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黄海海域气溶胶光学厚度测量研究 被引量：31
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作者 李正强 赵凤生 +2 位作者 赵崴 高飞 唐军武 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第5期635-640,共6页
了解海洋上空大气气溶胶的变化情况具有重要的科研和应用价值。本文在讨论了太阳辐射计的标定、大气气溶胶光学厚度的计算和Angstrom参数的计算等问题的基础上,介绍了利用多波段太阳辐射计对黄海海域气溶胶光学厚度的洲量和研究。测量... 了解海洋上空大气气溶胶的变化情况具有重要的科研和应用价值。本文在讨论了太阳辐射计的标定、大气气溶胶光学厚度的计算和Angstrom参数的计算等问题的基础上,介绍了利用多波段太阳辐射计对黄海海域气溶胶光学厚度的洲量和研究。测量结果表明黄海海域大气气溶胶主要由自然来源的气溶胶构成,气溶胶光学厚度在0.1左右,光学厚度的日变化和逐日变化不大, Angstrom波长指数约为1.2,大气混浊度指数在0.05左右。 展开更多
关键词 气溶胶 光学厚度 海洋 测量 太阳辐射计
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