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城市气溶胶相态垂直分布的激光雷达遥感技术
大气气溶胶,即大气中的悬浮颗粒物。通常所说的PM10(粒径小于10微米,可吸入颗粒物)或者PM2.5(粒径小于2.5微米,可入肺细粒子)是大气气溶胶的重要组成部分。从生成来源上看,大气气溶胶分为一次气溶胶(Primary Aerosols)和二次气溶胶(Secondary Aerosols)。一次气溶胶指自然界或人类活动直接排放的气溶胶粒子;二次气溶胶指通过大气中的物理、化学过程新生成的气溶胶粒子。在大气污染过程中,汽车尾气以及人类其他燃烧过程中产生的氮氧化物、煤炭等含硫燃料燃烧产生的二氧化硫等气体通过参与这些复杂的过程产生二次气溶胶,即“气-粒”转化过程。二次气溶胶是重度霾过程的气溶胶污染物的重要来源。 大气气溶胶以固态、半固态或者液态几种形式的相态而存在,其相态与上述大气中的化学过程有着紧密的联系。气溶胶粒子可以作为大气化学反应的“容器”,在气溶胶表面或内部进行与二次气溶胶生成有关的化学反应。气相分子在不同相态的颗粒物中的传输速率差别很大,固态气溶胶几乎只有表面能发生气相化学反应,而液态气溶胶在颗粒内部也能发生化学反应。因此化学反应加速与液态气溶胶表面积和体积的增大会形成正反馈过程,在液态气溶胶上发生的异相化学反应生成二次气溶胶,对雾霾过程中颗粒物爆发性增长有重要的贡献。因此,对城市气溶胶在边界层内以什么相态存在的空间分布的探测,是研究二次气溶胶生成、演化和扩散所迫切需要的一项技术,对于理解雾霾形成的机理有着重要的意义。 气溶胶的相态与颗粒物的化学组分和环境的相对湿度有关。目前对于颗粒物相态的测量,通常仅限于地面采样观测,缺少垂直空间方向上颗粒物相态的探测手段。在颗粒物浓度相对较高的大气边界层内,垂直方向上相对湿度往往有很大的变化,气溶胶的相态也一定存在很大差异。 北京大学物理学院大气与海洋科学系李成才副教授研究组与北京大学环境科学与工程学院朱彤教授研究组、吴志军研究员研究组共同合作,提出了一种新的利用偏振激光雷达获得气溶胶粒子相态垂直廓线的方法。气溶胶粒子对入射电磁波的散射过程,会造成散射光偏振特性的改变,如果利用线偏振光照射,散射光的偏振度相对于入射光会减小,这种改变称为气溶胶的退偏振能力。利用激光雷达观测的大气退偏振比可以对气溶胶粒子进行分类,例如非球形的冰晶和沙尘具有较大的退偏振比,而近于球形的城市气溶胶细粒子具有较小的退偏振比,区分沙尘与城市细粒子气溶胶的观测技术在国内外已经比较成熟,通常也是激光雷达业务观测的一项主要内容。但是把类似的观测进一步应用于区分城市气溶胶细粒子的特性,国际上尚没有相应的研究结果。通常来说,固态颗粒物形状不规则,而液态颗粒物更趋近于球型,不同相态的粒子退偏振能力存在差异。结合激光雷达垂直观测以及地面颗粒物相态仪的测量,研究组发现,激光雷达观测的城市气溶胶细粒子后向散射退偏振比与气溶胶粒子的弹跳率(与相态相关)具有很好的关系,从而建立了利用气溶胶粒子后向散射退偏振比反演气溶胶相态的参数化方案,并在国际上首次实现了长时间实时连续的气溶胶相态垂直廓线的探测。偏振激光雷达反演气溶胶粒子相态概念图 该研究成果已在线发表在美国化学学会(ACS)主办的环境与生态领域国际顶级期刊Environmental Science & Technology Letters(2018 IF=6.934)上。大气与海洋科学系博士研究生檀望舒为论文第一作者,通讯作者为李成才副教授。北京大学为唯一通讯作者单位。论文评审人之一对论文成果基于高度评价:“......to my knowledge, it is the first time in field studies. Particle phase states have been a hot topic because they can potentially influence the rates of gas-particle partitioning and multiphase reactions. I think this is a timely paper on this topic. The use of lidar depolarization to detect the particle phase states is novel”。
北京大学 2021-04-11
激光诱导击穿光谱元素分析仪
激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术是一种原子发射光谱分析技术,其基本原理是利用脉冲激光在待测样品表面激发产生等离子体,通过等离子体发射的光谱波长和强度信息,分别获得待测元素的种类及含量。LIBS技术因具有无需制样、分析速度快、远程非接触、可实现对任何物质的多元素同时分析等特点,被誉为分析领域的“未来超级巨星”,在航空航天、智能制造、生物医药、环境保护、能源、地质、深海探测等领域都极具应用前景,特别是2021年我国“祝融号”火星车搭载LIBS系统登陆火星开展地质勘探,使得该技术再次成为国内外的研究热点。LIBS系统主要由激光器、光谱仪、探测器和时序控制器等核心单元组成,典型的LIBS检测系统如图1(左)所示,光谱图如图1(右)所示。 图1典型的LIBS检测系统(左)与LIBS光谱图(右) 本团队对LIBS技术进行了长达15年的攻关,在一系列关键技术上取得了重大突破,成功研制了从台式、移动式到手持式的系列国产LIBS元素分析仪,实现了6种LIBS成分分析仪器的国产化,并成功推动其在金属材料、环境保护和生物安全等领域的应用。研究工作从基础研究、装备研发到工程应用全链条展开(如图2),取得的创新成果如下。 图2团队对于LIBS技术从基础研究-装备研发-工业应用的全链条攻关 (1)高灵敏度、高稳定性和高精度LIBS分析新方法 针对LIBS技术存在自吸收效应、基本效应和光谱波动性大等问题导致其探测极限低、灵敏度差和分析精度低的难题,团队提出了一系列新技术新方法。 1)提出采用OPO波长可调谐激光对等离子体中基态粒子进行能态选择性激发的新方法,从源头上阻止了LIBS自吸收效应产生,从而获得自吸收免疫的LIBS本征光谱。 2)提出采用微波对等离子体进行瞬时加热,获得温度场均匀分布的等离子体,实现宽光谱多元素的自吸收效应遏止。 3)提出一种基于等离子体图像-光谱融合的图像辅助LIBS技术,有效克服了基体效应对定标曲线建立的影响,大幅度提高了LIBS的定量分析精度。 4)针对工业现场物质的快速高精度定量分析需求,提出一种仅需一个标准样品就可完成定量的LIBS单标样法和一种可克服自吸收效应影响的LIBS无标样定量方法。 5)针对生物体、食品、中药等疏松含水组织基体复杂,导致光谱信号微弱且波动大的问题,提出了从光谱预处理-特征提取-机器学习模型的全链条定性定量分析算法,相比于传统分析方法,可将分析精度提高10%。 6)提出一种面向金属3D打印构件的激光谱-超声同时检测技术,可同时对金属3D打印构件的表面元素分布、内部缺陷、残余应力和晶粒度进行同步分析。 (2)高精度LIBS成分分析仪研制 针对LIBS的光机电系统难以集成的难题,团队通过构筑模块化“笼式”光路系统,研制了共聚焦显微光学系统、同轴信号采集、放大装置等新技术,成功将OPO共振激发和等离子体图像-光谱融合新技术集成到LIBS成分分析仪中,实现了10-7量级的LIBS探测极限,将LIBS探测灵敏度提高了2个数量级,探测稳定性优于2%。所研制的系列激光探针元素分析仪如图3所示。 图3台式到便携式系列LIBS分析仪
华中科技大学 2022-10-11
基于混沌激光相干法的分布式光纤传感装置及其测量方法
一种基于混沌激光相干法的分布式光纤传感装置及其测量方法,是将混沌激光器发出的混沌激光分为探测光和参考光两路,探测光经过光放大器放大后由光环行器入射到传感光纤中,并在光纤中产生后向布里渊散射光信号,该布里渊散射光信号经光放大器放大后通过一个可调谐光滤波器滤除噪声后入射到光耦合器中;参考光通过可变光延迟线调节其光程距离,使其与探测光信号在传感光纤中不同位置处产生的后向布里渊散射光信号在光纤耦合器中发生干涉,由光电探测器探测获得干涉拍频信号,经过数据采集装置和信号处理装置后得到不同长度处的布里渊增益谱,并输出到显示装置,实现应变或温度传感检测.
太原理工大学 2021-04-13
非流式激光散射法血细胞分类计数仪
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西安交通大学 2021-04-10
便携式小型化激光准直仪
本测量仪器适用于对大型工件的各种形状位置误差(如直线度、同轴度等)进行测量,也同样适用于为大型装配与调整提供测量基准。测量原理为:角锥棱镜沿被测表面移动时,被测表面的直线度误差使角锥棱镜与激光光束之间产生相对移动,从而使光束照射到接收装置的位置发生变化,通过误差评定软件,得到直线度误差。采用光纤准直和移动靶镜无电缆连接是本测量仪的显著特点。
北京交通大学 2021-04-13
一种自动调平调向智能激光断面仪
本发明属于几何尺寸测量技术领域,具体涉及一种自动调平调向智能激光断面仪,包括电动旋转台,无线通信模块,第一、第二减速步进电机,带轴承的轴承座,三维电子罗盘,以及激光测距传感器。本发明借助三维电子罗盘的方位指示进行自动调平调向,很好的解决了现有技术中存在的问题。本激光断面仪既能随隧道施工实时测量隧道断面面型,判断是否有超欠挖,又能在隧道施工完毕后进行隧道面型长期监测,具有精度高,操作简单方便,仪器便于拆装后重复使用,在隧道监测时能很好的针对地质变动造成的基座错位和扭转进行自我调平调向校正,并实现远程控
华中科技大学 2021-04-14
工厂普及型低价激光测径测宽仪
成果与项目的背景及主要用途: 工厂普及型通用激光非接触测径仪适于在生产现场的计量室或车间检测工位使用,本身是独立的仪器,适于测量轴类部件、宽度工件和线缆类产品,对材料不敏感,只要是不透明的工件均可以测量。具有集成显示及键盘控制,测速超过每秒 300 次,具有现场标定功能,可以设定被测标准值、上下报警偏差值。具有 RS232/485 接口,可以与上位机或 SPC 系统通信,集成网络数据收集功能。 技术原理与工艺流程简介:采用半导体激光器、扩速准直光路、CCD 光电传感器和单片机技术相结合. 特点及性能参数:  技术水平及专利与获奖情况:处于国内同类型先进技术水平,具有巨大的成本优势,具有很强的市场竞争力。已经申请适用新型专利。 应用前景分析及效益预测:在机械加工业、线缆业等需对产品尺寸进行可靠、高效率控制的行业中广泛的使用,可以完全替代如卡尺等传统量具,避免人为误差等因素对产品质量的影响。目前该技术的成熟程度达到可工业化批量生产,因为属于工厂低价型激光测量设备,具有巨大的市场需求。如初期月产 20~40 台,生产成本 0.8 万/台,市场售价 1.8 万/台,年销平均 200 台,产值 360 万,利润近 200 万。 应用领域:可广泛应用于机械制造业,特别适合机械加工中的质量控制,也适用于线缆等线材工业生产中在线测量和监控产品外形尺寸及其变化。技术转化条件(包括:原料、设备、厂房面积的要求及投资规模): 所需原材料: 均为市场上可采购原材料,无特殊要求,例如:电子元器件、光学部件等;设备及环境要求:AC220V 电源、普通示波器及电压表;所需厂房面积:普通厂房 100 平方米; 人员要求:具有电子工厂工作经历的工人及若干光、机、电专业人员; 初期投资规模:除以上条件外需流动资金 50~80 万。 合作方式及条件:技术转让,转让费:人民币 50~70 万元。
天津大学 2021-04-11
德国BOCSH博世手持激光测距仪DLE40
产品详细介绍德国BOCSH博世手持激光测距仪DLE40|德国博世激光测距仪,德国博世40米测距仪,德国博世测距仪,连云港激光测距仪,江苏激光测距仪,手持激光测距仪 简单介绍 德国BOCSH博世手持激光测距仪DLE40|德国博世激光测距仪适用范围 本仪器适用于测量距离,长度,高度和间距。此外您也可以使用本仪器计算面积和体积。不管是室内装潢或屋外的修补,本仪器都是测量尺寸的好帮手。【新品上市40米.50米.70米原装行货】 德国BOCSH博世手持激光测距仪DLE40|德国博世激光测距仪的详细介绍 德国BOCSH博世手持激光测距仪DLE40|德国博世激光测距仪 适用范围    本仪器适用于测量距离,长度,高度和间距。此外您也可以使用本仪器计算面积和体积。不管是室内装潢或屋外的修补,本仪器都是测量尺寸的好帮手。 主要特点 测量精准,应用范围广泛 高度仅100毫米 自动断电功能,低电量显示 软握把 技术参数 测量范围 0,05 – 40 米  测量精度 ± 1,5 毫米  激光等级 2  激光类型 635nm, < 1mW  保护等级(防水、防尘) IP 54  电源 电池: 4 x 1,5 伏 LR03 (AAA)    充电电池: 4 x 1,2 伏 LR03 (AAA)  电池使用时间 30.000 次  充电电池使用时间略低 5.000 次  自动关机时间 20秒 (激光)    5 分钟 (机器)  三脚架接口 1/4“  尺寸 100 x 58 x 32 毫米  重量 180克  包装(内含)  防护包x1 1.5V电池x4节 鉴定证书x1份 主机X1台 质量保证: 博世品牌测量工具提供叁年的有效质量保证服务
连云港金升科技有限公司 2021-08-23
一种基于粒度控制的位置隐私保护方法和系统
本发明公开了一种基于粒度控制的位置隐私保护方法,包括: 判断移动设备中是否存储有一个 LBS 应用程序列表,如果有则为每个 LBS 应用程序设置隐私级别,其对应于该 LBS 应用程序将会获得的位 置精确度,并判断移动设备中是否已经存在有隐私策略库,如果存在 则持续监听来自于 LBS 应用程序的 LBS 请求,并在接收到 LBS 请求 时获取与该 LBS 请求对应的位置信息,从隐私策略库中读取该 LBS 应用程序对应的
华中科技大学 2021-04-14
一种具有高单模成品率的渐变脊波导分布反馈激光器
一种高单模成品率的分布反馈激光器,包括激光谐振腔、布拉 格光栅;布拉格光栅为啁啾光栅或者等效的啁啾光栅,并位于谐振腔 内,其等效折射率沿谐振腔腔长方向是变化的;该激光器的模式增益 沿谐振腔腔长方向变化;该激光器输出单纵模。本发明由于采用啁啾 光栅或者等效的啁啾光栅,同时使激光器的模式增益沿腔长方向变化, 并通过在激光器两端面分别镀高反膜和增透膜配合,能够提高激光器 在布拉格阻带指定的一边,即蓝边或者红边光激射的概率,
华中科技大学 2021-04-14
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