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污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究

焦洋 徐亮 高闽光 金岭 童晶晶 李胜 魏秀丽

污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究

焦洋, 徐亮, 高闽光, 金岭, 童晶晶, 李胜, 魏秀丽
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  • 使用红外被动遥测技术可实现污染气体的远程监控和预警. 该技术应用过程中, 获取背景辐射是进行定量解析的关键, 在已有的应用中, 多采用同条件测量法和上风口测量方法获取背景光谱和环境光谱, 但这些方法均需要提前或者同时测量无目标物的背景光谱, 难以在实际应用中满足快速响应的需求. 本文基于红外辐射传输模型分析, 通过研究在800–1200 cm-1波段内的实测光谱中同时包含目标、背景和环境辐射的基本原理, 采用了一种不需要事先测量背景的目标特征的背景光谱实时提取算法, 通过将该方法应用于自主研制的污染气体扫描成像红外被动遥测系统, 以六氟化硫为示踪气体, 开展了遥测验证实验. 将获取的浓度数据与应用同条件测量法获取的数据进行了比较, 结果显示两者的相关系数平方值达到0.99, 表明该方法切实可行, 可有效提高系统的响应速度和适用范围.
    • 基金项目: 中国科学院战略性先导科技专项(B类)(批准号: XDB05040500)和国家自然科学基金(批准号: 40905011)资助的课题.
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    Zander R, Roland G, Delbouille L, Sauval A, Farmer C B, Norton R H 1987 J. Atmosph. Chem. 5 395

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    Flanigan D F 1986 Appl. Opt. 25 4253

    [3]

    Liu X, Murcray F J, Murcray D G, Russell J M 1996 J. Geophys. Res. 101 10175

    [4]

    Liu Z M, Liu W Q, Gao M G, Tong J J, Zhang T S, Xu L, Wei X L, Jin L, Wang Y P, Chen J 2010 Acta Phys. Sin. 59 5397 (in Chinese) [刘志明, 刘文清, 高闽光, 童晶晶, 张天舒, 徐亮, 魏秀丽, 金岭, 王亚萍, 陈军 2010 物理学报 59 5397]

    [5]

    Herget W F, Brasher J D 1980 Opt. Eng. 19 508

    [6]

    Heland J, Schäfer K 1997 Appl. Opt. 36 4922

    [7]

    Worden H, Beer R, Rinsland C P 1997 J. Geophys. Res. 102 1287

    [8]

    Theriault J, Puckrin E, Lavoie H, Turcotte C S, Bouffard F, Dube D 2004 Proc. SPIE 5584 100

    [9]

    Flanigan D F 1996 Appl. Opt. 35 6090

    [10]

    Wayne F, Evans J, Puckrin E, McMaster D 2002 Proc. SPIE 4574 44

    [11]

    Gao M G, Liu W Q, Zhang T S 2006 Spectrosc. Spec. Anal. 26 47 (in Chinese) [高闽光, 刘文清, 张天舒 2006 光谱学与光谱分析 26 47]

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    Cao T T, Luo S R, Zhao X Y, Liang H M, Wang H B, Yang J G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5554 (in Chinese)[曹婷婷, 罗时荣, 赵晓艳, 梁慧敏, 王宏波, 杨经国 2007 物理学报 56 5554]

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    Jiao Y, Xu L, Gao M G, Feng M C, Jin L, Tong J J, Li S 2012 Spectrosc. Spec. Anal. 32 1754 (in Chinese) [焦洋, 徐亮, 高闽光, 冯明春, 金岭, 童晶晶, 李胜 2012 光谱学与光谱分析 32 1754]

    [14]

    Liu Z M, Liu W Q, Gao M G, Tong J J, Zhang T S, Xu L, Wei X L 2008 Chin. Phys. B 17 4184

    [15]

    Feng M C, Xu L, Gao M G, Jiao Y, Li X X, Jin L, Cheng S Y, Tong J J, Wei X L, Li S 2012 Infrared Technology 34 366 (in Chinese) [冯明春, 徐亮, 高闽光, 焦洋, 李相贤, 金岭, 程巳阳, 童晶晶, 魏秀丽, 李胜 2012 红外技术 34 366]

  • [1]

    Zander R, Roland G, Delbouille L, Sauval A, Farmer C B, Norton R H 1987 J. Atmosph. Chem. 5 395

    [2]

    Flanigan D F 1986 Appl. Opt. 25 4253

    [3]

    Liu X, Murcray F J, Murcray D G, Russell J M 1996 J. Geophys. Res. 101 10175

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    [13]

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    [14]

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  • [1] 冯明春, 徐亮, 刘文清, 刘建国, 高闽光, 魏秀丽. 基于MODTRAN模型使用被动傅里叶变换红外光谱技术对生物气溶胶的探测研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014210. doi: 10.7498/aps.65.014210
    [2] 李相贤, 高闽光, 徐亮, 童晶晶, 魏秀丽, 冯明春, 金岭, 王亚萍, 石建国. 基于傅里叶变换红外光谱法CO2气体碳同位素比检测研究. 物理学报, 2013, 62(3): 030202. doi: 10.7498/aps.62.030202
    [3] 刘志明, 刘文清, 高闽光, 童晶晶, 张天舒, 徐亮, 魏秀丽, 金岭, 王亚萍, 陈军. 基于红外掩日通量法(SOF)污染源排放气体浓度时空分布反演算法研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5397-5405. doi: 10.7498/aps.59.5397
    [4] 陆新华, 辛煜, 宁兆元, 甘肇强, 方亮, 程珊华. 不同CHF3/CH4流量比下沉积a-C∶F∶H薄膜键结构的红外分析. 物理学报, 2001, 50(12): 2492-2496. doi: 10.7498/aps.50.2492
    [5] 何智兵, 阳志林, 闫建成, 宋之敏, 卢铁城. 辉光放电聚合物结构及力学性质研究. 物理学报, 2011, 60(8): 086803. doi: 10.7498/aps.60.086803
    [6] 李相贤, 徐亮, 高闽光, 童晶晶, 金岭, 李胜, 魏秀丽, 冯明春. CO2及其碳同位素比值高精度检测研究. 物理学报, 2013, 62(18): 180203. doi: 10.7498/aps.62.180203
    [7] 陆新华, 黄松, 辛煜, 宁兆元, 程珊华. 微波输入功率引起a-C∶F薄膜交联结构的增强. 物理学报, 2002, 51(11): 2635-2639. doi: 10.7498/aps.51.2635
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    [20] 陈志涛, 于彤军, 张国义, 程兴华, 唐龙谷, 龚 敏, 石瑞英. GaMnN材料红外光谱中洛伦兹振子模型的遗传算法研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5875-5880. doi: 10.7498/aps.57.5875
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-14
  • 修回日期:  2013-03-23
  • 刊出日期:  2013-07-05

污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究

  • 1. 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031
    基金项目: 

    中国科学院战略性先导科技专项(B类)(批准号: XDB05040500)和国家自然科学基金(批准号: 40905011)资助的课题.

摘要: 使用红外被动遥测技术可实现污染气体的远程监控和预警. 该技术应用过程中, 获取背景辐射是进行定量解析的关键, 在已有的应用中, 多采用同条件测量法和上风口测量方法获取背景光谱和环境光谱, 但这些方法均需要提前或者同时测量无目标物的背景光谱, 难以在实际应用中满足快速响应的需求. 本文基于红外辐射传输模型分析, 通过研究在800–1200 cm-1波段内的实测光谱中同时包含目标、背景和环境辐射的基本原理, 采用了一种不需要事先测量背景的目标特征的背景光谱实时提取算法, 通过将该方法应用于自主研制的污染气体扫描成像红外被动遥测系统, 以六氟化硫为示踪气体, 开展了遥测验证实验. 将获取的浓度数据与应用同条件测量法获取的数据进行了比较, 结果显示两者的相关系数平方值达到0.99, 表明该方法切实可行, 可有效提高系统的响应速度和适用范围.

English Abstract

参考文献 (15)

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