基于高精度比例积分微分温控的宽带腔增强大气二氧化氮探测技术

作     者：许新玉 周家成 刘政 杨群廷 徐学哲 赵卫雄 张为俊 Xu Xinyu;Zhou Jiacheng;Liu Zheng;Yang Qunting;Xu Xuezhe;Zhao Weixiong;Zhang Weijun

作者机构：中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 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安徽合肥230031 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2023年第43卷第24期

页      面：358-367页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(U21A2028,42022051) 大气重污染成因与治理攻关项目(DQGG202117) 中国科学院青年创新促进会项目(Y202089) 合肥研究院院长基金(YZJJ202101) 

主　　题：宽带腔增强吸收光谱 二氧化氮 比例积分微分温控 卡尔曼滤波 

摘      要：本文介绍了一种基于高精度比例积分微分(PID)温控的宽带腔增强大气二氧化氮(NO_(2))探测技术。系统选取中心波长为460 nm的LED光源作为探测光,入射端利用双胶合透镜的直接聚焦代替传统的光纤取样耦合,结合基长为322.4 mm的高灵敏度谐振腔,实现了小型化高精度的NO_(2)监测。针对温度波动会引起LED光源光谱漂移及光强改变的问题,本文提出了一种改进型PID-卡尔曼滤波算法,实现了LED温度的快速稳定调节,耗时仅需~2 min,温度的波动范围是±0.015℃,极大降低了LED温漂对探测性能的影响。仪器性能评估结果显示,在~2.15 km的有效吸收光程下,实现了81×10^(-12)的探测灵敏度(5 s, 1σ);不同体积分数的NO_(2)对比测试表明,本系统能准确测量大气NO_(2),进一步验证了系统的稳定性和准确性。