1 山西大学激光光谱研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
3 山西大学物理电子工程学院,山西 太原 030006
为了研究室内二氧化碳(CO2)体积分数变化以及其与人类活动之间的关系,设计了一种开放路径式可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)传感系统对室内CO2体积分数进行监测。采用中心波长为2004 nm的分布式反馈(DFB)激光器作为激励光源测量CO2的R(16)特征吸收线。使用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法拟合测量光谱,实现体积分数测量免定标。与商用XENSIVTMPAS二氧化碳传感器进行对比测量,二者的相关度R2达到0.89。结果显示,室内CO2每日体积分数均值为4.63×10-4,略高于室外的CO2体积分数,并且一天内波动范围在3.86×10-4~5.66×10-4之间。室内CO2体积分数受通风情况和室内人员活动的影响,其每日体积分数变化趋势与人员工作时间高度相关。在人员密度为0.005 人/m3的情况下,测量得到CO2体积分数的增长速率为2.3×10-5 h-1。因此,人员拥挤的室内环境应及时通风,以防止体积分数过高的CO2引起不适。
可调谐二极管激光吸收光谱技术 痕量气体 免标定 室内二氧化碳检测 在线监测 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0530004
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
光致热弹光谱(LITES)技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术,该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器,通过探测激光与目标气体相互作用后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标,开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582 μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源,采用激光器波长调制和二次谐波探测技术,首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响,而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外,为进一步提升装置探测灵敏度,有效光程长度为14.5 m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间,从而使传感器在积分时间为300 ms时,获得4.87×10-7的最低探测极限,当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10-8。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究,结果显示,该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。
光致热弹光谱 音叉式石英晶振 硫化氢 气体传感 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330002
光子学报
2023, 52(10): 1052406
针对快速搜索随机树(RRT)算法在航迹规划过程中存在采样点扩展随机性强、航迹曲折不平滑等问题, 提出了一种基于约束随机采样点的RRT(Constrained Random Sampling-based RRT, CRS-RRT)算法。该算法引入人工势场法中的引力场势能函数约束随机采样点在目标点附近采样, 引导随机树朝着目标点生长, 提高算法的规划速度,并结合去除冗余节点策略和Minimum Snap航迹平滑方法, 在复杂三维环境中可快速生成一条安全、平滑且满足无人机动力学约束的航迹。仿真结果表明, 该算法有效提高航迹规划速度并缩短航迹长度。
无人机 航迹规划 快速扩展随机树算法 约束采样点 动力学约束 UAV path planning rapid-exploration random tree algorithm constraint sampling point dynamic constraint
1 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室,激光光谱研究所,山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
3 山西迪奥普科技有限公司,山西 太原 030006
讨论无人机载污染气体激光监测技术的发展现状以及在我国“天地空”一体化监测体系中的应用价值。无人机载污染气体激光监测平台由无人机平台和机载污染气体激光传感器两部分组成。从无人机平台出发,首先介绍当前无人机平台的类型,阐明不同类型无人机的优势和劣势;然后,介绍适用于无人机装载的几种激光光谱传感技术原理和相关应用,讨论无人机载污染气体激光监测技术在气体监测领域的应用潜能。
激光光谱 激光传感器 无人机 气体监测 光学学报
2023, 43(18): 1899912
1 中国科学院微小卫星创新研究院,上海 201304
2 上海微小卫星工程中心,上海 201304
对采用天基逆合成孔径雷达(ISAL)对300~2000 km轨道高度的低轨(LEO)目标的掠飞和绕飞成像模式进行了性能分析及可行性探究,分析了成像分辨率和成像时间、最小无模糊脉冲重复频率(PRF)和回波信噪比(SNR)等系统关键指标,并进行了对比。研究结果表明:绕飞成像模式相比于掠飞成像模式可以实现对于目标的多角度持续观测,且绕飞周期较短(1.5~2.1 h),可以快速获取更为丰富的目标信息,具备进一步三维ISAL成像的潜力;脉冲积累时间虽然更长,但在300~2000 km轨道高度范围只有130~190 ms (掠飞成像为0.1~130 ms);最小无模糊PRF (对于10 m转动直径的目标,约为15 Hz)减少一半(减少了对激光器高重频的要求);由于更长的脉冲积累时间,绕飞模式的回波信噪比更高,通过后期处理可以获得更为清晰的图像结果;适用于对重要目标和高价值资产进行快速、高分辨率、全方位的持续观测。而掠飞模式适用于对相近轨道高度面的LEO目标进行遍历和成像,从而建立目标的特征库。
成像模式 天基 逆合成孔径激光雷达 LEO目标 imaging mode space-based Inverse Synthetic Aperture LADAR LEO targets 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220679