液体环境中激光诱导击穿光谱（LIBS）包含等离子体辐射和膨胀、冲击波传输及气泡演化等过程，对其进行全过程时间分辨观测有助于理解液相LIBS物-化过程，并提高LIBS分析性能。为此，采用激光透射探针（LBTP）测量方法，通过连续氦氖激光器和光电探测器相结合，实现对单次LIBS过程中激光/等离子体辐射与冲击波/气泡演化的全过程时间分辨诊断。在不同激光脉冲能量激发下，比较同步采集的LBTP信号与LIBS信号，证明了LBTP信号负峰面积与LIBS特征峰面积之间存在较强的相关性（R²>0.99）。在此基础上，对于不同浓度的碱金属离子水溶液，利用偏最小二乘回归（PLSR）法建立了LBTP信号对光谱特征峰面积相对偏差的回归模型，实现了LIBS信号波动校正。

采用长程差分光学吸收光谱技术,对青岛市海尔路和银川东路交叉路口的污染气体进行实时连续监测,获得2017—2018年大气主要污染物NO2、O3和 SO2的含量,并与附近环境监测站的同步监测数据进行对比。结果表明,二者具有很高的一致性,NO2和O3的小时平均结果相关系数分别为0.78和0.798,月平均结果相关系数分别为0.91和0.84,其中NO2的浓度分布呈现明显的早晚双峰特征。与实时获得的车流量数据进行相关性分析,结果显示:NO2浓度与交通流量呈强正相关,相关系数达到0.95;NO2浓度存在工作日高于周末的显著“周末效应”。

根据米散射理论,设计了以532 nm激光器为光源、CCD为探测器的极化浊度计。对粒径为2 μm的聚苯乙烯标准粒子(PSL)进行检测,得到了PSL的散射相函数,将其与偏振角为0°和90°的2 μm球形粒子的理论散射相函数进行对比,拟合度分别达到87.3%与88.4%。采用Chahine迭代算法反演得到PSL的粒径为1.94 μm,接近其真实值。将极化浊度计与宽范围颗粒粒径谱仪和扫描电镜的检测结果进行对比,结果表明,该装置检测精度高,且不受人为主观因素影响,对颗粒粒径的准确检测有重要意义,在相关领域应用前景较好。

2017年7月至8月,使用微脉冲激光雷达与小型气溶胶后向散射探空仪在昆明开展了一个月的气溶胶垂直结构联合观测实验。对比2种仪器同步观测方法与探测后向散射比结果的异同,分析激光雷达和后向散射探空仪测量获得的气溶胶垂直分布特征。探测结果表明,两者具有较好的一致性,在1~4 km高度范围内,排除云层干扰后,2种仪器后向散射比测量结果的相关系数为0.87,方均根误差为0.752;观测实验表明,研制的微脉冲激光雷达为连续探测气溶胶垂直结构演化过程提供了有效手段,融合后向散射仪探空数据,可以减少微脉冲激光雷达数据反演中的假设参数,开展两者联合观测具有一定应用价值。

气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、大气污染和云物理学等领域具有重要研究意义, 是大气监测的重要要素。为了更好地研究大气气溶胶光学特性及其时空变化特征, 山东省科学院海洋仪器仪表研究所研制了基于532 nm波长、单脉冲能量60 μJ、可进行三维扫描测量的气溶胶激光雷达。主要介绍了激光雷达的结构设计、技术指标、探测原理、探测模式、观测实验与数据分析。通过激光雷达在青岛小麦岛海洋环境监测站的观测实验数据, 分析了不同天气条件下的大气水平能见度, 验证了时间-高度显示、距离-高度显示与平面-位置显示测量模式的有效性。通过多种观测模式的数据, 利用Fernald方法反演了不同时刻的气溶胶消光系数, 并分析了气溶胶与云光学特性的时空变化特征。探测结果表明: 扫描式气溶胶激光雷达可以有效测量大气水平能见度, 通过扫描系统可以获取不同方向的气溶胶性质分布特征从而扩展了其探测范围。多种探测模式相结合可以获取云、气溶胶和边界层时空变化特征。

采用连续波半导体激光器为发射光源, 以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器, 设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像, 散射角观测范围为14°~162°, 极化角观测范围为0°~360°。利用该装置分别对氮气与水汽进行实时观测, 得到其散射图像, 其中氮气的散射光与瑞利散射理论相吻合, 不同极化角的散射光强与理论值的拟合优度为98%, 而水汽散射光随散射角的变化趋势与米氏散射理论的一致性较好。结果表明本装置在定量观测气溶胶散射光方面有潜在的应用价值。

介绍了在铜冶炼时运用转炉火焰中氧化铅(PbO)和硫化铅(PbS)特征发射光谱强度比值进行过程检测(区分制矿渣阶段和制铜阶段)的一种方法。 根据已知气体分子的特征发射光谱, 确定了实测谱线中PbO和PbS的存在, 并通过现场实验确定了制矿渣阶段的主要特征发射光谱来自PbS, 而制铜阶段的主要特征发射光谱来自PbO。 转炉冶炼时, PbO和PbS特征发射光谱强度的相对变化提供了铜冶炼过程的检测方法, 通过利用特征发射光谱相对强度的比值可以区分炼铜过程中的两个不同阶段——制矿渣阶段（S期）与制铜阶段（B期）。 在一个完整的炼铜周期中, 利用光谱测量设备采集转炉火焰发射光谱, 将噪声滤除后的PbO和PbS特征发射光谱用于过程检测, 准确地完成了S期与B期的鉴别。 理论和实验都证明基于发射光谱的铜冶炼过程检测方法是可靠的。

利用非分散红外(NDIR)技术研究了非线性吸收现象对多组分气体分析交叉干扰扣除的影响及其修正方法。理论上推导了由于非线性吸收导致的干扰系数变化对系统测量准确度的影响。对常规的干扰方程组进行了修正，使用干扰函数来定量分析气体间的交叉干扰，当测量气体存在非线性吸收时，干扰函数也会发生相应变化。基于最小二乘法，以三阶多项式为拟合模型，拟合出了系统的干扰函数。利用拟合的干扰函数，通过实验证明了提出的修正方法在系统存在非线性吸收现象时仍能有效地扣除气体间的交叉干扰。

介绍了基于AVR单片机的多轴差分吸收光谱仪(multi-axis differential optical absorption spectroscopy, MAX-DOAS)控 制系统设计。采用Atmega128 AVR单片机实现MAX-DOAS系统的数据通信、背景电机控制、扫描电机控制及温度 检测和控制,并给出了整个控制系统的电路设计方案及软件实现过程。设计的控制系统可以使MAX-DOAS系统实 现痕量气体垂直柱浓度与廓线的自动监测。