2024-11-05 14:14:19
在上篇空間對(duì)穿反射式碳排放監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中,筱曉光子實(shí)驗(yàn)室利用TDLAS技術(shù)搭建了室內(nèi)碳排放檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)CO2濃度變化,并成功在示波器上觀察到了二次諧波。二次諧波的峰峰值表征了激光被氣體吸收的強(qiáng)弱程度。
由于在低濃度的情況下,二次諧波的峰峰值與CO2濃度、光程近似成正比例關(guān)系。因此可將二次諧波的峰峰值與CO2濃度、光程之間的函數(shù)關(guān)系表示為:
實(shí)際上二次諧波的峰峰值受到耦合效率、光電探測(cè)器電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)等因素的影響。這些影響因素在數(shù)量關(guān)系上可認(rèn)為是二次諧波電壓峰峰值的因子。用二次諧波的電壓峰峰值除以直接吸收時(shí)的鋸齒波峰峰值,可以約去這些因素的影響。
上篇空間對(duì)穿反射式碳排放監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)記錄的二次諧波峰峰值電壓僅僅可以表征氣體的相對(duì)濃度,要使得其能夠表征實(shí)際的氣體濃度還需要進(jìn)行定標(biāo)。
為了解決碳排放檢測(cè)系統(tǒng)的定標(biāo)問(wèn)題,要選擇一個(gè)濃度已知的環(huán)境來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)。本次實(shí)驗(yàn),筱曉光子選用的是10m光程的中紅外小型化氣室。該氣室內(nèi)置了光電探測(cè)器。
光電探測(cè)器發(fā)出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)跨阻放大器放大后接入示波器。將濃度為1007ppm的CO2氣體打入氣室,此時(shí)用示波器探測(cè)到直接吸收的鋸齒波峰峰值V1為2V。
將跨阻放大器放大的電信號(hào)接入控制盒,控制盒的輸出端接入示波器,此時(shí)二次諧波電壓峰峰值為U1為88mV。
同理,當(dāng)激光在室內(nèi)傳播時(shí),激光經(jīng)反射式準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后在空間中傳播27m的光程,然后被玻璃反射到拋物面鏡上。拋物面鏡將激光匯聚到位于焦點(diǎn)處的探測(cè)器感光面上。
聯(lián)立(1)式和(2)式,解二元一次方程組得到C2為517.98 ppm。
筱曉光子實(shí)驗(yàn)室利用這套完成定標(biāo)的碳排放檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)了一段時(shí)間內(nèi)筱曉光子辦公區(qū)CO2濃度的變化情況。
圖中紅色曲線為直接吸收的鋸齒波電壓峰峰值隨時(shí)間的變化關(guān)系,綠色曲線為二次諧波的電壓峰峰值隨時(shí)間的變化關(guān)系。在除以定標(biāo)系數(shù),得到的藍(lán)色曲線表示CO2濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。