1 合肥工业大学光电技术研究院, 特种显示技术国家工程实验室, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 中国科学院传感技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究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, 安徽 合肥 230031
针对国家环境空气质量监测站 (NAAQMS) 由于体积大、成本高而不利于大面积广泛布点的问题, 研制了一种微型空气质量监测系统, 用于监测大气中 CO、NO2、O3、SO2、PM2.5 和 PM10 的浓度。该系统分别采用电化学气体传感器和光学粒子计数器来测量气体污染物和颗粒物浓度。考虑到传感器在测量污染物浓度时容易受到大气温湿度的影响, 基于多传感器融合技术通过温湿度补偿算法对测量结果进行了修正, 并与 NAAQMS 发布的数据进行了比较, 分析表明二者具有很强的相关性。与 NAAQMS 的数据相比, 本系统 10 天监测数据的相关系数优于 0.7; 通过算法校正后, 某些污染物 (如 PM2.5) 的相关系数甚至可以提高到 0.9。新设计的空气质量监测系统具有鲁棒性强、体积小的特点, 适用于环境空气污染物的长期大面积分布式网络监测。
空气质量监测 优化设计 多传感器融合 小型化 air quality monitoring optimization design multi-sensor fusion miniaturization 大气与环境光学学报
2021, 16(4): 349
1 合肥工业大学光电技术研究院特种显示技术国家工程实验室, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所传感技术联合国家重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究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, 安徽 合肥 230031
精确测量机动车排放尾气中的超细颗粒物粒径分布, 对于大气污染和人体健康风险评估意义重大。基于之前研发的单极性荷电器、平板差分电迁移分析仪 (PDMA) 和法拉第杯静电计 (FCE) 等模块, 研制了一款便携式超细颗粒物粒径谱仪, 可实时监测机动车排放尾气中 20 ～ 500 nm 的超细颗粒物粒径分布。开展了自研粒径谱仪的标定实验, 结果表明该粒径谱仪所测得的粒径峰值与 TSI 3081A/3082 筛选出的 40 nm 和 100 nm 的单粒径颗粒物相差 ± 5% 以内, 同时所测得数浓度与毕加索 (Pegasor) 颗粒物数浓度监测仪 (PPS-M) 测得的数浓度相差 ± 10%。进而针对不同型号机动车进行了外场实验, 实验结果表明汽油和柴油机动车排放尾气中的颗粒物数浓度主要集中在小于 40 nm 的粒径范围。此外在与商业仪器的比对实验中, 自研粒径谱仪测得峰值的中值粒径为 20 nm, 商业化的静电低压撞击器 (ELPI) 测得峰值的中值粒径为 17 nm, 二者相差 15%, 表明二者具有良好的一致性。
超细颗粒物 平板电迁移分析仪 法拉第杯静电计 粒径谱 ultrafine particle plate differential mobility analyzer Faraday cup electrometer particle size spectrum 大气与环境光学学报
2020, 15(6): 448
康士鹏 1,2,3,*余同柱 1,3桂华侨 1,2,3员永兴 1,2,3[ ... ]刘建国 1,2,3
1 中国科学院合肥物质科学研究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, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
机动车排放的超细颗粒物是大气污染的主要来源之一, 具有高的数浓度和表面积, 对其进行准确在线监测是机动车排放评估与控制措施制定的重要前提。随着欧盟和中国相继在机动车排放标准中增加颗粒物粒子数量 (PN) 控制指标, 对在线监测技术的要求也日益提高。目前, 对机动车排放的超细颗粒物数量的测量主要采用扩散荷电法和凝结核粒子计数法, 对其粒径谱分布的测量主要采用空气动力学和电迁移率分级方法。综述了国内外在机动车排放超细颗粒物在线监测技术方面的研究现状, 重点介绍了主要发展的几种测量技术及仪器的原理、特点和应用状况, 并对其未来发展进行了展望。
机动车 超细颗粒物 在线监测 数浓度 粒径谱 motor vehicles ultrafine particles on-line measurement number concentration particle size 大气与环境光学学报
2020, 15(6): 413
红外与激光工程
2020, 49(6): 20190455
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
传统的光学粒子计数方法受到粒子回波脉冲带宽限制,难以直接应用于超细颗粒物凝结增长后端的颗粒物数量检测。基于粒子光散射原理,采用高带宽粒子回波脉冲方案设计了颗粒物光学计数模块,在0.3 L·min -1采样流量下,15 μm标准聚苯乙烯颗粒回波脉冲半宽为650 ns,粒子计数效率得到有效提高。为了提高颗粒数浓度测量上限与精度,基于概率统计提出了粒子重叠校正方法,利用此方法颗粒物数浓度测量上限可达2×10 5 cm -3。在自制的正丁醇超细颗粒物凝结增长装置中开展了对比实验。结果表明,该系统与环境空气数浓度测量设备TSI-3788和Airmous-A20的相关性均超过0.98,与机动车尾气固态颗粒物数浓度法规测量设备MEXA-200SPCS的相关性高达0.96,从而验证了所设计的颗粒物光学计数模块及重叠校正方法的准确性。
散射 粒子光散射 光学粒子计数 单粒子回波脉冲 粒子重叠
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, 安徽 合肥 230031
2 中国气象局气象探测中心,北京 100081
3 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
降水是气象观测的常规项目,是研究全球水热循环和气候变化的重要参数。实现降水现象自动观测是我国气象探测领域未来发展规划的一项重要内容。 介绍了一种基于光阻原理的降水现象测量系统,设计了激光对射式光学测量结构,实现对降水粒子遮光信号的精确捕获;研制了基于相关原理的微弱信号 检测系统,保证粒子速度、粒径等信息的准确测量;在数据信号处理上,采用数据平滑算法降低了系统噪声。研制的系统能够准确完成雨 滴谱分布、降水量、降水类型的测量,并且与国外同类仪器进行了观测比对,数据具有较好的一致性,能满足对降水现象自动观测的要求。
激光二极管 降水现象仪 雨滴谱 降水粒子 laser diode precipitation instrument raindrops spectrum precipitation particles 大气与环境光学学报
2017, 12(4): 260
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Environmental Optics and Technology, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Science, Hefei 230031, China
2 University of Science and Technology of China, Hefei 230031, China
3 State Key Laboratory of Transducer Technology, Institute of Intelligent Machine, Chinese Academy of Science, Hefei 230031, China
Based on a single-channel laser self-mixing interferometer, we present a new simultaneous measurement of the vibration amplitude and the rotation angle of objects that both affect the power spectrum containing two peaks of the interferometer signals. The fitted results indicate that the curve of the peak frequency versus the vibration amplitude follows a linear distribution, and the curve of the difference of the two-peak power values versus the angle follows a Gaussian distribution. A vibration amplitude with an error less than 3.0% and a rotation angle with an error less than 11.7% are calculated from the fitted results.
120.3180 Interferometry 140.3490 Lasers, distributed-feedback 140.3570 Lasers, single-mode Chinese Optics Letters
2016, 14(2): 021201
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 安徽省环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
复杂管道条件下的流速分布和流量的准确测量对掌握其流速分布规律及其应用均具有重要的意义。 提出了一种激光自混合测量矩形管道流体层流流速分布和流量的方案。在激光自混合和矩形管道层流流 速分布理论的基础上,分析了矩形管道内流体层流运动时的激光自混合信号频谱特征,得到了矩形管道 层流流速分布特征和流量值。实验测量的矩形管道流速测量值平均相对误差为2.7%,流量值相对误差 在2.0%以内,实验结果与理论相一致。
激光技术 流速 流量 激光自混合 矩形管道 laser techniques flow velocity flow rate self-mixing rectangular duct
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, 安徽 合肥 230031
大气气溶胶散射系数不仅是反映大气污染程度的指标,也是研究气候变化的重要参数之一。介绍了一种基于积分 浊度法测量大气气溶胶散射系数的方法及系统设计。分别从系统原理、硬件设计和软件设计等方面介绍系统设 计实现过程;采用恒流驱动方式保证光源稳定发光,高速单光子计数方式对散射光信号进行探测。最后通过 实验验证了系统光源的线性、稳定性和探测器的准确性,并给出了与HW-N1型前向散射式能见度仪测量结果的 对比,得出系统的设计是可行和可靠的结论。
气溶胶 散射系数 积分浊度 系统设计 aerosol scattering coefficient integral turbidity system design 大气与环境光学学报
2015, 10(5): 392
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, 安徽 合肥 230031
发展先进的大气灰霾监测设备与观测平台,准确全面掌握大气灰霾污染特征,认识其发展和演变规律是制定我 国大气灰霾污染防治措施的基础。在分析大气灰霾监测技术的发展现状和所面临挑战的基础上,重点 介绍了中国科学院大气灰霾监测技术研究平台建设工作:大气灰霾探测激 光雷达研制,大气氧化性(HOx 、NO3 自由基)现场测量系统研制,大型烟雾箱系统建设,大气灰霾理化 性质的综合表征与研究平台建设,京津冀地区大气灰霾综合外场观测实验。
大气灰霾 监测技术 平台建设 激光雷达 自由基 烟雾箱 atmospheric haze monitoring technology platform construction LIDAR radical smog chamber
