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2.0 μm附近模拟呼吸气体中13CO2/12CO2同位素丰度的高精度实时在线测量

孙明国 马宏亮 刘强 曹振松 王贵师 刘锟 黄印博 高晓明 饶瑞中

2.0 μm附近模拟呼吸气体中13CO2/12CO2同位素丰度的高精度实时在线测量

孙明国, 马宏亮, 刘强, 曹振松, 王贵师, 刘锟, 黄印博, 高晓明, 饶瑞中
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  • 采用可调谐二极管激光吸收光谱技术,结合一新型多通池搭建了一套模拟呼吸气体中CO2同位素丰度的测量装置.气体的压强、温度和流速被很好地控制且均能保持长期的稳定性;采用三次多项式拟合光谱基线,对光谱进行归一化,很好地消除了功率变化对测量结果的影响;利用移窗-回归技术消除频率漂移对同位素丰度测量的影响.实验结果表明:移窗-回归法的引入不仅延长了系统的稳定时间,还提高了系统的测量精度;小波去噪的应用获得了比多光谱平均法高2倍的信噪比;系统的稳定时间为100 s;Kalman滤波后系统测量精度为0.067‰.
      通信作者: 曹振松, zscao@aiofm.ac.cn
    • 基金项目: 国家重点研发计划(批准号:2016YFC0303900,2017YFC0209700)、国家自然科学基金(批准号:41405022)、中国科学院青年创新促进会基金(批准号:2015264)和安徽省高校自然科学基金(批准号:TSKJ2016B12)资助的课题.
    [1]

    Wang C J, Sahay P 2009 Sensors 9 8230

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    Wojtas J, Bielecki Z, Stacewicz T, Mikolajczyk J, Nowakowski M 2012 Opto-Electron. Rev. 20 26

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    Braden B, Lembcke B, Kuker W, Caspary W F 2007 Dig. Liver. Dis. 39 795

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    Logan R P H, Dill S, Bauer F E, Walker M M, Hirschl A M, Gummett P A, Good D, Mossi S 1991 Eur. J. Gastroenterol. Hepatol. 3 915

    [5]

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    Crosson E R, Ricci K N, Richman B A, Chilese F C, Owano T G, Provencal R A, Todd M W, Glasser J, Kachanov A A, Paldus B A, Spence T G, Zare R N 2002 Anal. Chem. 74 2003

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    Wahl E D H, Fidric B, Rella C, Koulikov S, Kharlamov B, Tan S, Kachanov A A, Richman B A, Crosson E R, Paldus B A, Kalaskar S, Bowling D R 2006 Isot. Environ. Health Stud. 42 21

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    Kasyutich V L, Martin P A, Holdsworth R J 2006 Appl. Phys. B 85 413

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    Mironchuk E S, Nikolaev I V, Ochkin V N, Rodionova S S, Spiridonov M V, Tskhai S N 2009 Quantum Electron. 39 388

    [10]

    Andreev S N, Mironchuk E S, Nikolaev I V, Ochkin V N, Spiridonov M V, Tskhai S N 2011 Appl. Phys. B 104 73

    [11]

    Worle K, Seichter F, Wilk A, Armacost C, Day T, Godejohann M, Wachter U, Vogt J, Radermacher P, Mizaikoff B 2013 Anal. Chem. 85 2697

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    Kääriäinen T J, Hietala E, Aikio R, Vasama H, Suopajärvi P, Richmond C, Manninen A 2016 Conference on Lasers and Electro-Optics:Applications and Technology paper ATu1O.1

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    Hoang V D 2014 Trends Analyt. Chem. 62 144

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    Wu T, Chen W D, Kerstel E, Fertein E, Gao X M, Koeth J, Robner K, Bruckner D 2010 Opt. Lett. 35 634

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    [20] 陈正林, 张杰, 滕浩, 张军, 董全力. 飞秒激光分离同位素的模拟实验研究. 物理学报, 2002, 51(5): 1081-1086. doi: 10.7498/aps.51.1081
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-18
  • 修回日期:  2017-11-13
  • 刊出日期:  2019-03-20

2.0 μm附近模拟呼吸气体中13CO2/12CO2同位素丰度的高精度实时在线测量

  • 1. 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 合肥 230031;
  • 2. 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 大气物理化学研究室, 合肥 230031;
  • 3. 安徽工程大学数理学院, 芜湖 241000;
  • 4. 安庆师范大学物理与电气工程学院, 安庆 246011
  • 通信作者: 曹振松, zscao@aiofm.ac.cn
    基金项目: 

    国家重点研发计划(批准号:2016YFC0303900,2017YFC0209700)、国家自然科学基金(批准号:41405022)、中国科学院青年创新促进会基金(批准号:2015264)和安徽省高校自然科学基金(批准号:TSKJ2016B12)资助的课题.

摘要: 采用可调谐二极管激光吸收光谱技术,结合一新型多通池搭建了一套模拟呼吸气体中CO2同位素丰度的测量装置.气体的压强、温度和流速被很好地控制且均能保持长期的稳定性;采用三次多项式拟合光谱基线,对光谱进行归一化,很好地消除了功率变化对测量结果的影响;利用移窗-回归技术消除频率漂移对同位素丰度测量的影响.实验结果表明:移窗-回归法的引入不仅延长了系统的稳定时间,还提高了系统的测量精度;小波去噪的应用获得了比多光谱平均法高2倍的信噪比;系统的稳定时间为100 s;Kalman滤波后系统测量精度为0.067‰.

English Abstract

参考文献 (25)

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