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
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 中国科学院合肥智能机械研究所, 传感技术国家重点实验室, 安徽 合肥230031
2 中国科学技术大学自动化系, 安徽 合肥230027
高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry, FAIMS)技术是一种快速、 高灵敏的痕量物质检测技术。 利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对丙酮、 苯和甲苯样品进行了检测, 结果表明三种挥发性物质在谱图中的分离效果优于传统离子迁移谱仪; 另外分别对二甲苯三种同分异构体进行了检测, 成功地实现了三者的分离。 实验分析了载气流速对离子信号强度的影响, 发现流速为220 L·h-1时信号强度最大, 此结果可用于仪器的优化设计。 获得丙酮的检出限为100 ng·L-1, 比国外传统离子迁移谱仪低了一个数量级。
高场不对称波形离子迁移谱 痕量挥发性有机物 FAIMS Trace volatile organic compounds(VOC)
单模VCSEL(Vertical cavity surface emitting laser)激光器自混合LDV(Laser Doppler velocitymeter)系统的温度特性和外腔长度Lext(激光器前腔镜到目标散射面之间的光程)可变范围优于多模激光器LDV系统。应用差频模拟锁相环信号处理技术，明显提高了单模VCSEL自混合LDV测速精度和测速动态范围。用多普勒频移fd的分频跟踪三角波电流调制技术，提高了运动方向判别的精度和动态范围。实验结果表明，在外腔长度为30 mm士3 mm、温度为0℃～55℃、采样时间0．1 s、激光器无温控的条件下，分辨率优于0．2%；在测速范围为30～480 mm／s的条件下，测速精度优于1%；在速度范围为5～480 mm／s的条件下，测速精度优于2%。在电源电压为5 V时，正向运动方向指示电平大于4．9 V，反向运动方向指示电平小于0．1 V。
激光技术 单模VCSEL 自混合LDV 模拟差频锁相环 方向判别 laser techniques single mode VCSEL self-mixing LDV analog difference frequency PLL direction discrimination
对双镜头二维三角法测距精度的实验研究表明，在大视角下，双镜头二维测距存在较大的测距误差；通过应用小孔成像代替普通镜头成像进行二维测距研究，证明了大视角非近轴光线的镜头失真是造成该误差的主要原因，并且基于实验提出了一种经验修正公式，明显地提高了系统的测距精度和速度。实验结果表明，在50 mm×50 mm的工作区，对应于80°的大视角下，测距系统在x和y方向的平均定位精度均优于2 mm，平均分辨率分别为0．2 mm和0．1 mm。
光电子学 测距精度和速度 经验修正公式 大视角 镜头畸变 三角法测距 optoelectronics ranging accuracy and speed empirical remedy equation large visual angle lens aberration triangulation range finding method
中国科学技术大学,物理系,安徽,合肥,230026
本文从原理和实验两方面提出了一种明显提高相位测距分辨率的方法.应用差频模拟锁相环(APLL)专用集成电路KD080H,作者设计制作出一种环路噪声带宽小于1Hz的晶体分频APLL,并成功用于相位检测频率1.5kHz的相位测距系统.实验表明,在光电信号频率为15MHz,晶体滤波器带宽500Hz,所得信号信噪比仅为40dB的条件下,测距分辨率可优于0.5mm,比应用中心频率1.5kHz带宽50Hz的有源滤波器测距系统的分辨率提高约7倍.该方法还具有结构简单,成本低,使用方便等优点.
相位测距 模拟锁相环(APLL) 晶体分频APLL 窄带滤波器 飞行时间(TOF)
中国科学技术大学,物理系,安徽,合肥,230026
单模VCSEL激光自混合测距具有测距精度高、功耗低和结构简单等优点.对单模VCSEL进行了大频偏的三角波电流调制,应用差频模拟锁相环处理自混合拍频信号,明显减小了拍频信号在三角波拐点处因相位突变、波形周期不等以及波形的调幅干扰和失真等因素造成的影响.实验结果表明,提高了测距精度和动态范围.室温下,在单模VCSEL输出功率0.7mW,波长850nm,调制三角波的频率1.3kHz,幅度0.4Vrms,采样时间0.1s,散射面为粗糙金属片的条件下,测距范围达到50～500mm,测距精度达到2mm,分辨率优于2mm.
单模VCSEL 自混合效应 测距 三角波线性调频 差频模拟锁相环
