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光腔衰荡光谱法测定质子交换膜燃料电池用氢气中的痕量氨

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石油学报（石油加工） 2024年第2期40卷 554-559页

作者：杨孟智王亚敏万伟刘雅琼中石化石油化工科学研究院有限公司北京100083

氨是质子交换膜燃料电池用氢气杂质控制中的一项重要指标,但现行检测方法存在检测限高或前处理繁琐等问题。为提升检测灵敏度和效率,应用光腔衰荡光谱技术对质子交换膜燃料电池用氢气中痕量氨进行测定。实验结果表明:光腔衰荡光谱法的... 详细信息

氨是质子交换膜燃料电池用氢气杂质控制中的一项重要指标,但现行检测方法存在检测限高或前处理繁琐等问题。为提升检测灵敏度和效率,应用光腔衰荡光谱技术对质子交换膜燃料电池用氢气中痕量氨进行测定。实验结果表明:光腔衰荡光谱法的测定结果受管路死体积及测试压力影响较小;光腔衰荡光谱法的平衡时间受管路死体积及测试流量影响较大。在氨摩尔分数0.01~10.20μmol/mol范围内该方法具有良好的准确性,不受质子交换膜燃料电池用氢气中水、硫化氢、一氧化碳等杂质的干扰,是一种操作简便、灵敏度高、准确性好的测试方法,对完善燃料电池车用氢气质量管理体系具有一定意义。

关键词：光腔衰荡光谱法质子交换膜燃料电池氢气氨痕量

CRDS和GC方法在线监测大气CH和CO的结果对比

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中国环境监测 2024年

作者：吴栋桥王凯孙万启秦正新潘京京王红阳中国气象局气象探测中心武汉区域气候中心

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统,对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验,对二者获取的数据进行了对比分析。结果表... 详细信息

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统,对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验,对二者获取的数据进行了对比分析。结果表明:CRDS对CH4和CO观测的长期稳定性和准确性明显优于GC;CRDS和GC获取CH4的系统偏差满足世界气象组织全球大气观测计划（WMO/GAW）的兼容性指标要求,获取CO的系统偏差不满足兼容性指标要求;CRDS和GC获取CH4的日变化曲线基本重合,均呈现双峰形态,获取CO的日变化曲线也基本重合,但变化特征均不明显;CRDS和GC获取CH4的季节变化曲线基本重合,7—8月最低,与北半球变化趋势吻合,获取的CO季节变化曲线趋势上基本一致,在夏季7月出现谷值。

关键词：光腔衰荡光谱法气相色谱法甲烷一氧化碳在线监测

基于LM算法的CRDS绝缘气体特征分解产物HS检测技术

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南方电网技术 2024年

作者：张欣冉吴芳芳吕浩楠钱文超蒋安昊张潮海南京航空航天大学自动化学院浙江华电器材检测研究院有限公司

光腔衰荡光谱法(cavity ring-down spectroscopy,CRDS)以其灵敏度高、检测速度快等优势，被应用于绝缘气体特征分解组分H2S的在线检测领域，对绝缘电气设备的故障状态诊断具有重要意义。衰荡时间作为进行浓度计算的关键参数，如何拟合... 详细信息

光腔衰荡光谱法(cavity ring-down spectroscopy,CRDS)以其灵敏度高、检测速度快等优势，被应用于绝缘气体特征分解组分H2S的在线检测领域，对绝缘电气设备的故障状态诊断具有重要意义。衰荡时间作为进行浓度计算的关键参数，如何拟合出衰荡曲线实现衰荡时间的准确求解成为该技术领域的一大难点。而衰荡曲线的高精度拟合算法是决定CRDS精度的关键因素，选取STM32F407型号的单片机，建立衰荡曲线模型，通过列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt, LM)算法对H2S气体在1578.1nm处采集到的衰荡信号进行拟合并搭建CRDS实验平台进行验证，基于LM算法进行了仿真与实验，同时与最小二乘法进行对比。仿真结果显示，单片机拟合决定系数R2达到了0.996，与离线软件平台高度接近。在不同的气体浓度下的实验结果表明，拟合精度呈上升趋势。通过浓度标定实验实现了微量H2S的准确测量，气体实际值与测量值的相关系数为0.9925，结果的绝对误差不超过0.5×10-6。与基于最小二乘法的浓度测量结果相比，基于LM算法的浓度数据均方根值更小，检测准确性更高。

关键词：光腔衰荡光谱法列文伯格-马夸尔特算法 STM32单片机衰荡时间非线性拟合

光腔衰荡光谱法测定气体中微痕量水不确定度评估

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计量学报 2012年第2期33卷 178-180页

作者：周鑫周泽义中国计量科学研究院北京100013

介绍了基于光腔衰荡光谱法测定气体中的微量水的方法原理，该方法适用于含量为0．2×10^-9～20×10^-6mol／mol的所有气体中水分的测定。建立了光谱分析法的原始数学模型，对测定方法的不确定度进行了评估，结果表明该方法的扩展不确定... 详细信息

介绍了基于光腔衰荡光谱法测定气体中的微量水的方法原理，该方法适用于含量为0．2×10^-9～20×10^-6mol／mol的所有气体中水分的测定。建立了光谱分析法的原始数学模型，对测定方法的不确定度进行了评估，结果表明该方法的扩展不确定度为（8～20）×10^-9mol／mol（k=2，P=95％）。

关键词：计量学光腔衰荡光谱法气体湿度不确定度

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空气中甲烷自动分析方法比对研究

干旱环境监测 2024年第1期38卷 12-16页

作者：魏恒孙祥林周民锋江苏省苏州环境监测中心江苏苏州215004 江苏省环境保护空气复合污染监测重点实验室江苏苏州215004

叙述傅里叶变换红外光谱法和光腔衰荡光谱法分析空气中甲烷的原理,并对其线性、精密度和准确度开展测试。结果表明:2种方法对空气中甲烷标准气体测定结果的线性相关系数均>0.999 99,相对标准偏差小于0.01%~0.05%,满足相关质量控制要求... 详细信息

叙述傅里叶变换红外光谱法和光腔衰荡光谱法分析空气中甲烷的原理,并对其线性、精密度和准确度开展测试。结果表明:2种方法对空气中甲烷标准气体测定结果的线性相关系数均>0.999 99,相对标准偏差小于0.01%~0.05%,满足相关质量控制要求。实际样品比对分析表明,2种方法的测定结果不存在显著性差异,具有良好的可比性。

关键词：甲烷分析傅里叶变换红外光谱法光腔衰荡光谱法方法比对

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光腔衰荡光谱法测定高纯气中的痕量甲烷

计量技术 2017年第1期 7-10页

作者：吴海马浩淼张培壮杨柳青黄鹏中国计量科学研究院

采用质量流量控制器分别控制氮中甲烷标准气体以及被测高纯氮气的流量，通过设计不同的流量稀释比例，获得了不同“甲烷加标浓度”水平的氮气样品。测量结果表明，光腔衰荡光谱仪（CRDS）在0—3nmol／mol范围内对甲烷呈良好线性响应。... 详细信息

采用质量流量控制器分别控制氮中甲烷标准气体以及被测高纯氮气的流量，通过设计不同的流量稀释比例，获得了不同“甲烷加标浓度”水平的氮气样品。测量结果表明，光腔衰荡光谱仪（CRDS）在0—3nmol／mol范围内对甲烷呈良好线性响应。通过标准加入法，测得高纯氮气中甲烷含量为0．3nmol／mol，扩展不确定度为0．2nmol／mol。

关键词：光腔衰荡光谱法标准加入法甲烷

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基于光腔衰荡光谱法的痕量水汽浓度测量研究

基于光腔衰荡光谱法的痕量水汽浓度测量研究

作者：马路遥中国计量大学

学位级别：硕士

随着半导体技术的迅速发展,半导体加工行业对电子气体的要求逐渐提高。高性能电子产品的生产加工过程尤其需要电子气体的保护,水汽容易导致半导体电性能不稳定。当环境温度降低,半导体器件内部易有水分析出,对电路造成腐蚀,严重影响芯... 详细信息

随着半导体技术的迅速发展,半导体加工行业对电子气体的要求逐渐提高。高性能电子产品的生产加工过程尤其需要电子气体的保护,水汽容易导致半导体电性能不稳定。当环境温度降低,半导体器件内部易有水分析出,对电路造成腐蚀,严重影响芯片的良率和可靠性。为测量半导体加工环境中的痕量湿度,本文基于光腔衰荡光谱技术（Cavity Ring-down Spectroscopy,CRDS）,以吸收光谱和热力学理论为基础,对CRDS系统进行研究分析,实验测量了水汽在1.39微米附近的跃迁谱线,获得了水分子光谱参数,计算了痕量水汽浓度。本文主要进行了以下四个方面的研究工作:1、建立了基于光腔衰荡光谱法的痕量水汽浓度测量的理论模型。结合HITRAN数据库,确定了测量吸收谱线。根据理论模型,确定了实验中需要测量的参量。2、搭建了基于PDH锁频技术的的腔长稳定系统。以碘稳频He-Ne激光器为参考光源,利用声光调制器（AOM）将激光一级衍射光斑作为参考频率,通过函数发生器输出信号改变光学谐振腔腔长,提取到误差信号,利用PI（Proportion Integral）伺控制器实现光学谐振腔腔长稳定。3、搭建了基于光腔衰荡光谱法的痕量水汽测量系统。测试了腔体温度控制系统的控温效果和光学谐振腔腔体的泄露率。稳定光学谐振腔腔长后,测量了空腔状态下的衰荡时间。4、测量了水分子在所选波段的吸收光谱。利用光谱拟合软件对谱线实验数据进行拟合,并换算水汽浓度。将光腔衰荡光谱法计算的水汽浓度与热力学方法计算的浓度相比较,结果具有良好的一致性,验证了实验数据的可靠性,并计算了系统的不确定度为0.424%。

关键词：光腔衰荡光谱法痕量水汽浓度测量稳频近红外光谱

基于光腔衰荡光谱法的气体分子光谱吸收线型拟合算法研究

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激光与光电子学进展 2019年第19期56卷 291-297页

作者：邢素霞陈思郭瑞民崔文超董贺伟北京工商大学计算机与信息工程学院北京102488 中国计量科学研究院北京100029

针对光腔衰荡光谱(CRDS)的吸收光谱曲线,利用MATLAB工具软件和最小二乘算法对常用的6种气体吸收光谱拟合算法(VP、GP、AVP、AGP、SDVP、SDAVP算法)进行编程,并设计了参数设置、拟合结果显示等界面化窗口;通过CRDS采集已知浓度CO2气体的... 详细信息

针对光腔衰荡光谱(CRDS)的吸收光谱曲线,利用MATLAB工具软件和最小二乘算法对常用的6种气体吸收光谱拟合算法(VP、GP、AVP、AGP、SDVP、SDAVP算法)进行编程,并设计了参数设置、拟合结果显示等界面化窗口;通过CRDS采集已知浓度CO2气体的吸收光谱;采用6种算法对吸收光谱进行拟合实验,比较6种不同线型算法的拟合误差。拟合结果显示:拟合曲线和测量点几乎完全重合;AVP算法拟合的平均残差最大,为3.1748×10-3,GP及AGP算法的平均残差最小,为1.3212×10-3,由此验证了6种线型算法在气体吸收光谱曲线拟合中的可行性;AVP算法的运算时间最短,为1.7516s,SDAVP的运算时间最长,为389.682s,GP算法的运算时间小于AGP算法。综合考虑残差与运算时间后认为,GP算法最适用于CRDS光谱线型的拟合。

关键词：光谱学气体光谱吸收线型拟合算法光腔衰荡光谱法

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2种环境空气中甲烷自动监测方法的比对分析

环境监控与预警 2023年第1期15卷 52-55页

作者：崔虎雄董凡周晓峰童虓范秋生王颖上海市环境监测中心上海200235 上海贝瑟环保科技有限公司上海200233 北京赛克玛环保仪器有限公司北京102211 上海市化工环境保护监测站上海200050

光腔衰荡光谱法(CRDS)和气相色谱法(GC)均被广泛应用于环境空气中甲烷(CH4)的测定。采用CRDS和GC这2种自动监测方法对CH4标准气体和环境空气样品进行分析比对。结果表明,通过使用统一的标准气体和校准方法,2种方法测定CH4标准气体的不... 详细信息

光腔衰荡光谱法(CRDS)和气相色谱法(GC)均被广泛应用于环境空气中甲烷(CH4)的测定。采用CRDS和GC这2种自动监测方法对CH4标准气体和环境空气样品进行分析比对。结果表明,通过使用统一的标准气体和校准方法,2种方法测定CH4标准气体的不确定度均法的不确定度更低;2种方法测定CH4环境空气样品结果的平均相对误差为0.28%,Z检验法显示,2种方法没有显著性差异,并具有很高的相关性和一致性。提出,对于测量精度和稳定性更高的大气CH4监测领域,建议优先选用CRDS法或经过比对达到同等性能的方法;而对于测量精度和稳定性要求稍低的CH4排放源及周边等监测领域,可以采用GC法。

关键词：大气甲烷自动监测光腔衰荡光谱法气相色谱法比对分析