采用相位敏感型光时域反射仪的分布式光纤传感系统对除尘器内滤袋进行实时监测.通过对光纤在除尘器滤袋内敷设方式的设计, 实现了对除尘器内滤袋的定位.对6种类型的破袋内光纤振动信号进行采集, 且当这些滤袋没有破损时, 对其光纤振动信号也进行采集.采用小波包分解法计算了滤袋内光纤振动信号的信息熵和相关系数, 并将两参数合并构成二维特征参量.分析了在不同的二维特征参量下, 好袋内光纤振动信号和破袋内光纤振动信号之间的特征差别.以类型3滤袋信号特征样本作为训练样本对反向传播神经网络进行训练, 然后对6种类型的滤袋信号特征样本进行识别, 结果显示该方法对6种类型的滤袋具有较高的识别稳定性, 且平均滤袋识别率分别达到96.2%、88.7%、98.4%、98.5%、98.5%、98.5%.

为了满足分布式光纤拉曼温度传感(RDTS)器对前级光源的需求,采用主振荡功率放大(MOPA)技术,研制了一台中心波长为1550 nm的全光纤脉冲激光器。激光器的光纤放大器分为两级结构,采用前向抽运方式。光纤脉冲激光器的输出峰值功率在0~10 W范围内可调,线宽为0.32 nm,信噪比大于25 dB,且输出光脉冲的脉宽、频率均可调节。使用自制的光纤激光器进行2 km基于拉曼散射的光纤分布式测温实验,解调的温度信号具有不大于±1 ℃的测量精度,并且测温周期最短可达1.31 s,满足实际运用需求。

设计了一种基于频率补偿技术的高精度、高稳定度抽运激光器驱动电路,该驱动电路以深度负反馈系统的电流调节为内环,光功率反馈调节为外环,同时采用一阶人工分析与Tina SPICE仿真相结合的方法,对环路进行频率补偿,实现了抽运激光器的高稳定性控制。通过模拟比例积分微分技术控制驱动芯片,实现半导体制冷器的电流调节。所设计的驱动电路在自动电流控制模式下输出连续可调的电流,同时具有慢启动、防反向电流和过流保护等功能,输出电流长期稳定度可达0.04%。在自动功率控制模式下,激光器输出功率长期稳定度优于0.3%,控制线性度达0.9999,温控的长期稳定性优于0.0928%。实验结果表明,该驱动系统具有安全性高、稳定性好、使用方便等优点。

针对水泥生产行业中袋式除尘器破袋检漏定位问题,提出了基于分布式光纤振动传感的检漏定位方法。分布式光纤振动传感系统灵敏度高,可以检测到布袋破损后粉尘气流对光纤产生的微振动信号,以此判断布袋是否破损,并通过时域差分法来定位破袋。搭建了一套相位敏感型光时域反射仪(φ-OTDR),通过室内模拟得出该系统最大信噪比为10 dB,实际空间分辨率为23.7 m,同时验证了该系统能响应低频粉尘气流扰动信号。在现场平台实验基础上,结合支持向量机(SVM)算法对现场测试数据进行识别分类,平均破袋识别准确率可达97.8%。结合φ-OTDR分布式系统与SVM算法可有效解决袋式除尘器破袋检漏定位问题。

分析了气溶胶消光系数和PM2.5 质量浓度之间的关系，提出了利用电荷耦合器件(CCD)侧向散射激光雷达系统和PM2.5 颗粒物探测仪相结合，反演PM2.5 质量浓度廓线的方法。通过个例研究，得出了在相对湿度变化不大时，地面上PM2.5 质量浓度和气溶胶消光系数成线性关系；分析了2014 年4 月13 日和2014 年12 月16 日合肥西区董铺岛PM2.5质量浓度廓线特征：随时间变化，在空间上是有结构的，在紧贴地面有较重的污染物层。探测实验结果表明基于CCD的侧向散射激光雷达和PM2.5 颗粒物探测仪相结合是探测近地面污染物质量浓度廓线行之有效的新方法。

气溶胶是大气中污染物PM2.5 和灰霾的主要成分，近地面的气溶胶直接影响人们的生活和生产。利用电荷耦合器件(CCD）侧向散射激光雷达系统和相应的反演方法，对探测到的数据进行处理和分析。与后向散射激光雷达对比，验证了CCD 侧向散射激光雷达探测结果的正确性。分析了2014年4月合肥西区董铺岛3 km 高度范围内气溶胶后向散射系数的特点：随时间和高度变化；天气晴好时，地面上后向散射系数与地面站PM2.5质量浓度成正比；紧贴地面有一层较厚气溶胶。实验探测结果表明基于CCD 的侧向散射激光雷达是探测近地面气溶胶浓度的一种有效的新方法。

通过分析CCD成像特点, 设计了侧向散射激光雷达几何标定实验, 得到CCD各像元的角宽度, 并确定了CCD像元与散射光位置之间的对应关系.对两次实验中采集的回波信号进行标定, 并分别与POM02进行相函数比对、与后向散射激光雷达进行探测信号比对, 结果表明：相函数廓线和POM02测量结果相吻合;侧向散射激光雷达信号与后向散射雷达的距离修正信号在650 m以上的变化趋势一致.侧向散射激光雷达弥补了后向散射激光雷达在近地面段不能探测气溶胶的不足, 该标定方法可靠, 为进一步利用侧向散射激光雷达研究近地面气溶胶的时空分布奠定了坚实的基础.

卷云在全球出现的概率可达30%, 其散射特性在气候模式、 光辐射传输和遥感领域都具有非常重要的意义。 卷云的散射特性主要由冰晶粒子形状、 尺度谱、 折射率等因素所决定。 利用355, 532和1 064 nm三个波长激光雷达数据反演卷云的后向散射系数颜色比, 利用模拟计算获得不同形状冰晶粒子的卷云在上述三个波长上的后向散射系数颜色比, 通过拟合得出被测卷云的冰晶粒子形状。 拟合结果表明, 合肥上空卷云中冰晶粒子大部分可能呈聚合物状。

卷云对地球大气系统的辐射收支平衡有着重要的影响，研究卷云的有效激光雷达比有助于了解卷云的光学特性。介绍卷云有效激光雷达比的多种反演方法，分析它们的特点和适用范围，为合理选用这些方法提供了依据。通过探测实例，对反演结果进行系统误差和随机误差分析，结果表明这些反演方法是相融的和有效的。