大气边界层内生物气溶胶荧光激光雷达探测技术与实验研究
发布时间：2021-06-30 10:00
生物气溶胶作为大气气溶胶的一个重要组成部分,在大气中的传播、扩散会引发人类的急慢性疾病以及动植物疾病。生物气溶胶还可以间接影响全球气候变化,并在大气化学和物理过程中有着潜在的影响。大气生物气溶胶光学特性的实时探测技术,对于研究生物气溶胶在大气中的含量和时空分布模式,具有重要的学术意义与科学研究价值。荧光激光雷达作为一种远距离主动遥感探测工具,为大气中存有潜在危害的生物气溶胶早期预警和快速检测提供有效研究方案。本文针对大大气边界层内生物气溶胶的荧光激光雷达探测技术展开研究,根据大气生物气溶胶荧光光谱强度与相对含量之间的依存关系,研究了反演大气边界层内生物气溶胶浓度的关键技术,设计并研发了一套荧光激光雷达系统,并在西安城区上空对大气生物气溶胶展开连续和长期的实验研究,验证系统探测性能及可行性,获得大大气生物气溶胶荧光信号廊线,统计分析了大气边界层内生物气溶胶浓度与气溶胶消光之间的相关特性。基于荧光激光雷达探测原理,通过数值仿真分析,研究了荧光激光雷达系统对大气生物气溶胶的有效探测距离,在误差小于1 0%范围内,评估了生物气溶胶最小探测浓度随距离变化情况,并进一步分析了系统器件参数、实验环境...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物气溶胶中几种常见的荧光分子在紫外域266nm波长激光激发下产生的荧光光谱.Fig.2-2Fluorescencespectraofseveralcommonfluorescentmoleculesinbiologicalaerosolsexcitedby
3.3.3 滤波片带宽对系统信噪比的影响对于给定的不同带宽的滤光片，荧光激光雷达系统对生物气溶胶的有效探测距离也存在很大区别，其数值仿真结果如图3-7所示。在夜间条件下，滤光片带宽分别为20 nm、40 nm和60 nm，荧光散射截面积S为10-13cm2sr-1nm-1时，荧光激光雷达系统的有效探测距离分别为0.20 km、0.25 km、0.28 km；而在S为10-12cm2sr-1nm-1时，系统的有效探测距离分别为0.50 km、0.70 km、0.80 km。然而白天时，随着滤光片带宽的增大，系统的有效探测距离从0.05 km增加到0.18 km。结果表明，增加滤光片带宽有助于 高系统的有效探测距离；然而白天时，系统最大的有效探测距离为0.18 km
283.3.4 望远镜口径对系统信噪比的影响如图3-8所示，给定不同望远镜口径的情况下，数值仿真得到荧光激光雷达系统探测生物气溶胶信噪比对应的有效探测距离曲线。在夜间，望远镜口径为20 cm、25 cm、30 cm，荧光散射截面积S为10-13cm2sr-1nm-1时，系统的有效探测距离分别为0.18 km、0.22 km、0.25km；荧光散射截面积S为10-12cm2sr-1nm-1时，系统有效探测距离为0.40 km、0.70 km、0.85km；在白天条件下，系统的有效探测距离在0.04 km 0.10 km之间。仿真表明增加望远镜口径有助于 高系统的有效探测距离；但在白天情况时，系统的最大有效探测距离仅为0.10 km
【参考文献】：
期刊论文
[1]双波长荧光雷达探测大气生物气溶胶的性能分析[J]. 饶志敏,华灯鑫,何廷尧,王强,乐静. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[2]基于本征荧光的生物气溶胶测量激光雷达性能[J]. 饶志敏,华灯鑫,何廷尧,乐静. 物理学报. 2016(20)
[3]基于FTIR,FT-Raman的脱毒繁育和硫磺熏制祁菊花的药用成分分析研究和光谱表征[J]. 王玉田,曹丽芳,杨哲,严冰,张丽娟. 光谱学与光谱分析. 2016(09)
[4]北京城区气传花粉季节特征及与气象条件关系[J]. 孟龄,王效科,欧阳志云,任玉芬,王巧环. 环境科学. 2016(02)
[5]激光诱导生物气溶胶荧光雷达的设计与数值仿真[J]. 饶志敏,华灯鑫,何廷尧,乐静. 光学学报. 2015(10)
[6]多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析[J]. 狄慧鸽,侯晓龙,赵虎,阎蕾洁,卫鑫,赵欢,华灯鑫. 物理学报. 2014(24)
[7]激光诱导叶绿素荧光寿命的测量及其特性分析[J]. 万文博,华灯鑫,乐静,刘美霞,曹宁. 物理学报. 2013(19)
[8]基于本征荧光测量的双通道生物气溶胶检测技术研究[J]. 徐傲,熊超,张佩,廖小情,杨巍,赵永凯,黄惠杰. 光学学报. 2013(08)
[9]非球形生物气溶胶对偏振光的多次散射特性研究[J]. 魏佩瑜,孙贤明,王海华,类成新. 光散射学报. 2013(02)
[10]核黄素与NADH在紫光波段的激光诱导荧光光谱研究[J]. 葛琳琳,丁蕾,闫静,王颖萍,郑海洋,方黎. 原子与分子物理学报. 2013(01)
博士论文
[1]基于激光雷达技术的生物气溶胶监测系统构建与关键技术研究[D]. 杨子健.中国人民解放军军事医学科学院 2015
[2]气溶胶物理光学特性的激光雷达遥感研究[D]. 黄忠伟.兰州大学 2012
硕士论文
[1]基于双波长激发荧光光谱的花粉分类研究[D]. 朱江峰.浙江大学 2017
本文编号：3257537
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
生物气溶胶中几种常见的荧光分子在紫外域266nm波长激光激发下产生的荧光光谱.Fig.2-2Fluorescencespectraofseveralcommonfluorescentmoleculesinbiologicalaerosolsexcitedby
3.3.3 滤波片带宽对系统信噪比的影响对于给定的不同带宽的滤光片，荧光激光雷达系统对生物气溶胶的有效探测距离也存在很大区别，其数值仿真结果如图3-7所示。在夜间条件下，滤光片带宽分别为20 nm、40 nm和60 nm，荧光散射截面积S为10-13cm2sr-1nm-1时，荧光激光雷达系统的有效探测距离分别为0.20 km、0.25 km、0.28 km；而在S为10-12cm2sr-1nm-1时，系统的有效探测距离分别为0.50 km、0.70 km、0.80 km。然而白天时，随着滤光片带宽的增大，系统的有效探测距离从0.05 km增加到0.18 km。结果表明，增加滤光片带宽有助于 高系统的有效探测距离；然而白天时，系统最大的有效探测距离为0.18 km
283.3.4 望远镜口径对系统信噪比的影响如图3-8所示，给定不同望远镜口径的情况下，数值仿真得到荧光激光雷达系统探测生物气溶胶信噪比对应的有效探测距离曲线。在夜间，望远镜口径为20 cm、25 cm、30 cm，荧光散射截面积S为10-13cm2sr-1nm-1时，系统的有效探测距离分别为0.18 km、0.22 km、0.25km；荧光散射截面积S为10-12cm2sr-1nm-1时，系统有效探测距离为0.40 km、0.70 km、0.85km；在白天条件下，系统的有效探测距离在0.04 km 0.10 km之间。仿真表明增加望远镜口径有助于 高系统的有效探测距离；但在白天情况时，系统的最大有效探测距离仅为0.10 km
【参考文献】：
期刊论文
[1]双波长荧光雷达探测大气生物气溶胶的性能分析[J]. 饶志敏,华灯鑫,何廷尧,王强,乐静. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[2]基于本征荧光的生物气溶胶测量激光雷达性能[J]. 饶志敏,华灯鑫,何廷尧,乐静. 物理学报. 2016(20)
[3]基于FTIR,FT-Raman的脱毒繁育和硫磺熏制祁菊花的药用成分分析研究和光谱表征[J]. 王玉田,曹丽芳,杨哲,严冰,张丽娟. 光谱学与光谱分析. 2016(09)
[4]北京城区气传花粉季节特征及与气象条件关系[J]. 孟龄,王效科,欧阳志云,任玉芬,王巧环. 环境科学. 2016(02)
[5]激光诱导生物气溶胶荧光雷达的设计与数值仿真[J]. 饶志敏,华灯鑫,何廷尧,乐静. 光学学报. 2015(10)
[6]多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析[J]. 狄慧鸽,侯晓龙,赵虎,阎蕾洁,卫鑫,赵欢,华灯鑫. 物理学报. 2014(24)
[7]激光诱导叶绿素荧光寿命的测量及其特性分析[J]. 万文博,华灯鑫,乐静,刘美霞,曹宁. 物理学报. 2013(19)
[8]基于本征荧光测量的双通道生物气溶胶检测技术研究[J]. 徐傲,熊超,张佩,廖小情,杨巍,赵永凯,黄惠杰. 光学学报. 2013(08)
[9]非球形生物气溶胶对偏振光的多次散射特性研究[J]. 魏佩瑜,孙贤明,王海华,类成新. 光散射学报. 2013(02)
[10]核黄素与NADH在紫光波段的激光诱导荧光光谱研究[J]. 葛琳琳,丁蕾,闫静,王颖萍,郑海洋,方黎. 原子与分子物理学报. 2013(01)
博士论文
[1]基于激光雷达技术的生物气溶胶监测系统构建与关键技术研究[D]. 杨子健.中国人民解放军军事医学科学院 2015
[2]气溶胶物理光学特性的激光雷达遥感研究[D]. 黄忠伟.兰州大学 2012
硕士论文
[1]基于双波长激发荧光光谱的花粉分类研究[D]. 朱江峰.浙江大学 2017
本文编号：3257537
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