1 中国计量大学机电工程学院, 浙江 杭州 310018
2 中国计量大学现代科技学院, 浙江 杭州 310018
3 中国计量大学光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
红外甲烷传感器根据朗伯-比尔定律对甲烷的浓度进行检测, 而吸收系数是朗伯-比尔定律中的重要参数, 其受温度和压强的影响变化较大, 其变化会导致浓度测量的误差, 因而研究不同温度、 气压下甲烷吸收系数的变化规律对设计高精度的红外甲烷传感器有重要意义。 文献报道中, 一般采用获得测量甲烷浓度受环境影响的实验数据, 再加以数学处理的方法, 对测量误差进行补偿和修正。 该工作以分子光谱分析理论为基础, 以3 016.49 cm-1波数的甲烷为研究对象, 利用HITRAN数据库的甲烷数据, 设计了Python程序调用HAPI函数, 拟合计算出甲烷吸收系数随温度、 气压的变化规律, 并通过傅里叶红外光谱对甲烷吸收系数的变化规律进行实验验证。 结果表明, 在3 016.49 cm-1处, 水分子(湿度的影响)对于甲烷吸收系数的影响很小, 可以忽略不计; 温度和气压对吸收系数有一定的影响, 当气压为1.0 atm, 温度在-10~50 ℃范围内升高时, 甲烷吸收系数减小, 吸收系数与温度的关系呈线性关系; 当温度为273.15 K时, 气压在0.6~1.2 atm升高时, 甲烷收系数增加, 吸收系数与气压关系呈线性关系。 最后拟合出的吸收系数与温度、 气压的公式, k(T, p)=53.65(±3.24)-0.114 6(±0.010 7)T+21.07(±0.95)p。 实验中甲烷标准气体的浓度分别为1.01%, 2.00%, 3.51%和5.06%, 通入直径为2.5 cm, 长度为8 cm的短光程石英气体池中, 通过改变气体的气压及温度, 从傅里叶红外光谱仪获得甲烷的吸光度, 由于受实验仪器分辨率的影响, 如直接通过吸光度反演甲烷浓度其误差较大, 采用吸收系数与吸光度的比值来判断吸收系数拟合的正确性。 结果表明, 浓度为定值, 气压与温度变化时, 吸收系数与吸光度之比基本为定值, 从而证明了计算拟合出的甲烷吸收系数随温度压强变化的正确性。
甲烷吸收系数 光谱谱线线型轮廓 Lambert-Beer定律 高分辨率透射光谱(HITRAN) Methane absorption coefficient Spectral line profile Beer-Lambert’s law HITRAN 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2462
1 河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
2 滨州学院航空工程学院, 山东 滨州 256603
臭氧作为一种强氧化剂和杀菌剂, 在污染物降解, 食品加工, 杀菌消毒, 医疗卫生等方面有着非常广泛的应用。 大气压介质阻挡放电是一种极为高效的产生臭氧的方法, 利用平行平板介质阻挡放电装置, 采用交流高压激励, 产生了大气压空气非平衡态等离子体。 通过测量其电压和发光信号, 发现在电压的正、 负半周期均存在着许多随机的放电脉冲, 并且其脉宽均在几十到几百纳秒之间, 这表明其机制是流光放电。 放电的光学发射谱包含氮分子的第二正带系（C3Π-B3Π）和第一正带系（B3П-A3П）, 氮分子离子的第一负带系（B2Σ-X2Σ）, 以及氧原子谱线（715.7和799.5 nm）。 由于流光放电在紫外区域（200～300 nm）没有明显的发射谱线, 但臭氧在此区域存在吸收峰, 因此可以利用此区域的紫外吸收光谱测量放电产生的臭氧浓度。 吸收光谱法可以有效的监测其臭氧浓度的变化情况, 其优势在于操作简单, 对实验环境要求低, 可在放电条件下使用, 并且可以连续监测臭氧浓度变化。 基于此, 通过Beer-Lambert定律计算了臭氧浓度随实验参数的变化, 结果发现随外加电压幅值和驱动频率的增加, 臭氧浓度升高。 这些结果对于大气压介质阻挡放电的工业应用具有重要价值。
介质阻挡放电 发射光谱 吸收光谱 臭氧浓度 Beer-Lambert定律 Dielectric barrier discharge Optical emission spectrum Absorption spectrum Ozone concentration Beer-Lambert’s law
