水中溶解的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)氣體廣泛參與了自然界的物質交換。水中溶解CH4和CO2的濃度分布往往蘊含著附近環(huán)境中能源礦藏和有機物的分布信息。水中溶解氣體與水環(huán)境中動植物的生長存在著密切關系,也通過水氣交換過程與氣體環(huán)境產生直接聯系。因此,水中溶解氣體濃度測量是大氣科學、地質科學和生態(tài)科學研究中一種重要的研究手段。離軸積分腔輸出光譜技術具有響應速度快、靈敏度高、體積小等優(yōu)點,是當前水中溶解氣體原位探測技術的前沿發(fā)展方向。論文圍繞用于水中溶解CH4、CO2氣體濃度和13CH4豐度探測的離軸積分腔輸出光譜原位探測技術開展研究,研制了一套能夠在深海高壓低溫條件下進行連續(xù)探測的高精度原位探測系統。本文介紹了系統所應用的光譜測量和信號處理等技術原理,并以此為依據提出了一套系統設計方案。該方案中使用了一個腔鏡反射率高達99.999%的高精細度光學諧振腔,基于該腔的吸收光譜有效光程長達約二十公里。在系統內溫度壓力控制單元的控制作用下,光腔內氣體的溫度和壓力能夠保持穩(wěn)定,使得譜線參數在測量中不發(fā)生變化。自主研制的光譜測量單元采用光開關和嵌入式計算機軟件控制結合的方案,能夠實現對多個不同氣...

【文章頁數】：102 頁

【學位級別】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 水中溶解氣體研究意義
    1.2 水中溶解氣體探測技術
    1.3 離軸積分腔輸出光譜原位探測技術
    1.4 研究目標和主要研究內容
第2章 技術原理
    2.1 吸收光譜
    2.2 光學諧振腔
    2.3 腔增強吸收光譜技術
    2.4 光腔的輸出特性
    2.5 噪聲和靈敏度
    2.6 光敏元件
    2.7 信號處理算法
    2.8 小結
第3章 水中溶解CO₂、CH₄和¹³CH₄原位光譜分析儀的研制
    3.1 系統整體結構設計
    3.2 溫度壓力控制單元
    3.3 光腔單元設計
    3.4 光譜測量單元設計
    3.5 多組分同時探測技術
    3.6 信號處理算法研究
    3.7 系統集成與調試
    3.8 水氣分離裝置
    3.9 小結
第4章 系統標定與驗證實驗
    4.1 系統標定和檢測精度
    4.2 系統穩(wěn)定性測試
    4.3 海上外場實驗
    4.4 小結
第5章 總結與展望
    5.1 總結
    5.2 未來展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果



本文編號：3880730