中国海洋大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
海洋与大气交换的CO2通量是研究海-气之间碳循环过程及海洋酸化问题的重要指标, 其估算方法主要依赖于海水中CO2的测量。 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)作为一种常用的气体浓度检测技术, 因其具有较好的环境适应性、 选择性和较高的灵敏度, 亦可发挥出水中溶存气体原位测量的潜力。 为验证将TDLAS技术应用到海洋中溶存CO2原位探测的可行性, 将渗透膜脱气技术与实验室研发的TDLAS气体探测样机相结合, 实现了海水中溶存CO2的原位探测。 为适应水下的复杂环境, 样机整体被设计为铝合金密封舱结构, 具有良好的密封性、 耐压性与耐腐蚀性。 激光光源采用中心波数位于4 990 cm-1的DFB激光器, 其波数扫描范围为4 992~4 994.5 cm-1, 可覆盖CO2在4 992.51和4 993.74 cm-1的相邻两条吸收谱线。 渗透膜采用具有优秀耐压性与透气性的Teflon AF-2400 X, 可满足样机在深水区长期探测的目的。 为兼顾较高探测灵敏度与较快响应速率双重指标要求, 样机采用了一种小型化多次反射式气体吸收池, 有效吸收光程可达8 m, 内部仅需气体量24 mL, 具有良好的吸收特性。 在实验室对样机进行校正实验, 使用样机对5种不同浓度(202.8×10-6, 503×10-6, 802×10-6, 1 006×10-6和2 019×10-6)的标准CO2气体进行测量, 测量值与实际值的线性相关度R2高达99.94%, 最大相对误差小于8%, 减小了样机误差对测量值的影响。 为评估样机长时间工作的稳定性, 使用样机对浓度为802×10-6的标准CO2气体进行了30 min的连续测量, 平均测量浓度为802.6×10-6, 其波动范围仅为10×10-6, 样机精度约为0.5%, 可满足水中溶存气体探测的要求。 选取水深3米的近海码头进行试验, 成功获得了24 h水中CO2的典型吸收光谱及浓度时间序列测量结果, 验证了样机水下工作的能力与稳定性。 通过在东海海域五处不同深度的区域进行现场试验, 成功获取溶存CO2的典型吸收光谱, 证明了结合渗透膜脱气技术的TDLAS探测样机在30 m以浅水域的工作适应性。
溶存CO2气体 可调谐半导体激光吸收光谱 渗透膜 原位测量 Dissolved carbon dioxide gas Tunable diode laser absorption spectroscopy Permeable membrane In-situ measurement 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1264
中国海洋大学光学光电子实验室, 山东 青岛 266100
海气界面CO2测量对于海洋科学研究具有重要意义, 在目前的海洋CO2测量仪器中, 基于可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）的设备因灵敏度高、 环境适应性强等特点受到关注。 TDLAS系统的体积和灵敏度通常受限于多次反射腔的大小和光程。 针对海洋CO2脱气量小且灵敏度高的测量需求, 自主设计了一套微型多次反射腔, 用于TDLAS系统的CO2测量。 该微型多次反射腔采用两片口径为25.4 mm、 焦距为50 mm的球面反射镜, 以38 mm的腔长实现了253次反射, 获得了约10 m的光程, 封装后的样品池体积仅有90 mL。 基于该微型多次反射腔搭建了一套直接吸收TDLAS的CO2气体浓度测量系统, 通过标准气体对该系统进行了测试, 检测限约为26×10-6, 不同浓度气体线性相关度R2为99.986%。 同时还将该系统与LGR公司生产的便携式温室气体分析仪（UGGA）进行了对比测量, 结果表明二者在白天CO2浓度波动较大和夜晚CO2浓度变化较平稳两种情况下均表现出较好的一致性, R2大于97%。 实验结果证明了系统性能, 下一步将优化试验装置并进行现场应用。
TDLAS（可调谐二极管激光吸收光谱技术） 直接吸收 微型多次反射腔 二氧化碳 TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy Direct absorption Miniature multi-pass cavity Carbon dioxide (CO2)
中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室， 上海 200083
提出了一种适用于目标快速定位和图像输出的有源图像传感器(Active Pixel Sensor, APS)的设计方案。与传统的图像传感器不同，这种传感器可以根据目标信号的位置进行区域图像输出，从而实现目标的快速定位和图像输出。阐述了这种传感器的区域划分原则和区域图像输出控制方法。通过设计和仿真测试一个48×48的面阵，验证了这种传感器的目标快速定位能力。测试结果表明，这种传感器的帧频比传统的传感器高4倍以上。
目标快速定位 CMOS有源图像传感器 帧频 fast target detection CMOS APS imaging sensor frame-rate
