環(huán)境大氣檢測中TDLAS技術(shù)的整合應(yīng)用分析

劉本甫 張瀟

摘 要：針對大氣環(huán)境檢測狀況，對TDLAS技術(shù)進(jìn)行分析，認(rèn)識(shí)到環(huán)境大氣檢測的基本狀況，總結(jié)TDLAS技術(shù)的內(nèi)容及優(yōu)勢。旨在通過TDLAS技術(shù)的運(yùn)用以及技術(shù)方案的總結(jié)，提高大氣環(huán)境檢測的有效性，改善以往環(huán)境檢測中的限制問題，為現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境的發(fā)展提供支持。

關(guān)鍵詞：環(huán)境大氣；檢測技術(shù)；TDLAS技術(shù)

在我國城市生態(tài)環(huán)境發(fā)展的背景下，環(huán)境大氣檢測作為環(huán)境污染狀況判斷的主要方法，可以實(shí)現(xiàn)對我國污染狀況的科學(xué)分析。但是，在我國城市化發(fā)展進(jìn)程加快的背景下，大氣污染指數(shù)較高，最主要的形成原因是煤煙排放導(dǎo)致的，這種污染現(xiàn)象的出現(xiàn)為我國城市的生態(tài)化發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。在以往環(huán)境大氣檢測中，會(huì)使用手工分析法以及間歇式采樣法，對于這兩種技術(shù)而言，無法滿足現(xiàn)代大氣環(huán)境的檢測水平，同時(shí)也為環(huán)境檢測帶來限制。通過TDLAS技術(shù)的分析，將其運(yùn)用在環(huán)境大氣檢測之中，可以改變以往環(huán)境檢測的限制性問題，結(jié)合環(huán)境大氣污染現(xiàn)象進(jìn)行檢測技術(shù)的構(gòu)建，充分滿足現(xiàn)代環(huán)境下大氣檢測的需求。

1.概念分析

1.1TDLAS技術(shù)

TDLAS技術(shù)主要是通過二極管使用半導(dǎo)體材料，可以將其稱為可調(diào)節(jié)諧半導(dǎo)體激光吸收譜技術(shù)。該種技術(shù)通常被運(yùn)用在氣體檢測以及溫室氣體檢測過程中[1]。

1.2TDLAS技術(shù)原理分析

在TDLAS技術(shù)使用的過程中，通過單一窄帶的激光頻率掃描形成獨(dú)立的氣體吸收線。這種檢測技術(shù)可以提高自身的可選擇性，將其運(yùn)用在環(huán)境大氣檢測中，可以提高檢測的整體效率。通常狀況下，在環(huán)境大氣檢測中，會(huì)結(jié)合比爾定律進(jìn)行計(jì)算，公式如（1）、（2）.公式（1）中的I（λ ）/Io（λ）為透光率，I（λ）是經(jīng)過了污染氣體的透光強(qiáng)度，Io（λ）是發(fā)射光強(qiáng)度。公式（2）中的δ（λ是標(biāo)氣體狀態(tài)下，氣體分子光譜的吸收系數(shù)，C是吸收物質(zhì)濃度，L是光程長度，A（λ） 是吸光率。通過TDLAS技術(shù)的使用，在公式（1）與公式給（2）研究的過程中，可以分析吸收物質(zhì)分子的濃度。

Exp（-（λ））=I（λ）/Io（λ） （1）

δ（λ）CL=A（λ） （2）

2.我國環(huán)境大氣檢測中存在的限制問題

2.1環(huán)境大氣檢測的密度不足

結(jié)合當(dāng)前我國環(huán)境大氣的檢測狀況，各個(gè)地區(qū)大氣環(huán)境檢測系統(tǒng)分布呈現(xiàn)為重合的現(xiàn)象，相關(guān)的氣象部門在環(huán)境檢測中通常會(huì)將布局的檢測作為重點(diǎn)，每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)會(huì)布設(shè)1-2個(gè)密集的檢測位置，由于環(huán)境大氣檢測密度不足的限制，為環(huán)境大氣檢測檢測結(jié)果造成影響。而且，在一些部門對大氣進(jìn)行檢測的過程中，會(huì)采用SCM系統(tǒng)的數(shù)字化檢測技術(shù)，但是由于這種技術(shù)并沒有運(yùn)用色譜儀以及質(zhì)譜儀的檢測系統(tǒng)，導(dǎo)致檢測的結(jié)果缺少準(zhǔn)確性，而且也無法實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)階段環(huán)境大氣污染狀況的合理檢測[2]。

2.2環(huán)境大氣檢測的制度薄弱

通過對我國環(huán)境大氣檢測狀況，相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)的工作由政府部門管理，導(dǎo)致環(huán)境大氣檢測缺少統(tǒng)一的檢測管理制度，這種狀況下無法實(shí)現(xiàn)對帶起污染監(jiān)控的合理控制。在一些地區(qū)的大氣環(huán)境檢測中，需要將檢測到的數(shù)據(jù)上報(bào)到國家氣象局，之后通過數(shù)據(jù)的同步匯總，之后進(jìn)行環(huán)境大氣檢測結(jié)果的分析，對于這種檢測方法而言，導(dǎo)致環(huán)境大氣檢測的結(jié)果缺少科學(xué)性，為現(xiàn)階段環(huán)境大氣檢測結(jié)果造成影響。

2.3環(huán)境大氣檢測的評價(jià)缺失

在現(xiàn)階段我國環(huán)境生態(tài)化發(fā)展的過程中，環(huán)境大氣檢測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)性是十分重要的。在我國城市化發(fā)展的背景下，各個(gè)區(qū)域經(jīng)濟(jì)得到快速增長，隨之而來的影響是環(huán)境問題，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的區(qū)域，存在著較為嚴(yán)重的霧霾、大氣復(fù)合污染等問題，這些污染的出現(xiàn)主要是由于機(jī)動(dòng)車尾氣、煙煤型污染造成的，雖然一些API指數(shù)對環(huán)境大氣污染程度進(jìn)行公布，但是這些數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足環(huán)境檢測的評價(jià)需求。出現(xiàn)這種問題的原因主要是由于環(huán)境大氣檢測項(xiàng)目不全，所采用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對較低。例如，在環(huán)境大氣檢測常規(guī)檢測中，最主要的污染是可吸入顆粒（PM10），但是在我國造成大氣污染最主要的原因是懸浮細(xì)粒子（PM2.5）造成的，PM2.5對人體造成的影響是十分嚴(yán)重的，但是，在一些評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，并沒有對PM2.5進(jìn)行評價(jià)完善，對現(xiàn)階段環(huán)境大氣檢測帶來限制[3]。

3.環(huán)境大氣檢測中TDLAS技術(shù)的整合應(yīng)用

3.1 TDLAS技術(shù)優(yōu)勢

在現(xiàn)階段環(huán)境帶大氣檢測的過程中，為了有效提高大氣檢測的質(zhì)量性，通過TDLAS技術(shù)的使用，可以滿足環(huán)境大氣的具體檢測需求。主要是由于在TDLAS技術(shù)使用的過程中具有一定的優(yōu)勢性。第一，通過TDLAS技術(shù)在環(huán)境大氣中的檢測運(yùn)用，可以提供提高檢測過程的靈敏性以及快速性，系統(tǒng)通過對大氣環(huán)境檢測時(shí)間的準(zhǔn)確判斷，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行精確控制。第二，在TDLAS技術(shù)使用中，具有較為明顯的選擇性，大氣環(huán)境檢測中可以有效避免不同物質(zhì)對檢測結(jié)果的干擾，提高數(shù)據(jù)檢測的準(zhǔn)確性。第三，在TDLAS技術(shù)使用中，可以通過檢測數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行檢測結(jié)果的準(zhǔn)確修正，避免環(huán)境大氣檢測中受到環(huán)境以及溫度的影響，第四，在環(huán)境大氣檢測中，通過TDLAS技術(shù)的使用，可以科學(xué)設(shè)定檢測儀器的結(jié)構(gòu)，結(jié)合具體試驗(yàn)機(jī)檢測的狀況，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定，提高環(huán)境大氣檢測的科學(xué)性[4]。

3.2環(huán)境大氣檢測中TDLAS技術(shù)運(yùn)用

3.2.1 TDLAS技術(shù)的檢測過程

通過對大氣環(huán)境檢測狀況的分析，在檢測中需要在大氣中選擇一條吸收光譜線頻率的位置，之后結(jié)合TDLAS技術(shù)在相應(yīng)的范圍內(nèi)發(fā)射激光二極管，然后將系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)在合適的范圍內(nèi)，合理確定激光中心的頻率狀態(tài)。在檢測中，當(dāng)注入低頻率鋸齒波電流，系統(tǒng)會(huì)對吸收管普線進(jìn)行掃描，之后獲得準(zhǔn)確性的環(huán)境大氣單線吸收光譜數(shù)據(jù)。通過這種檢測技術(shù)的運(yùn)用，可以通過不同體積分?jǐn)?shù)的確定，行程探測器光功率以及吸收峰二次諧波信號(hào)，將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到excel表格之中，可以進(jìn)行多種線性方案的擬合，之后獲得信號(hào)強(qiáng)度與氣體體積的分?jǐn)?shù)關(guān)系，有效提高體積分信息處理的價(jià)值。通過這種檢測過程的確定，能夠充分展現(xiàn)TDLAS技術(shù)的使用優(yōu)勢，為系統(tǒng)的運(yùn)行以及環(huán)境大氣檢測的處理提供支持。

3.2.2 TDLAS技術(shù)的吸收光結(jié)構(gòu)

結(jié)合TDLAS技術(shù)的原理，在吸收光結(jié)構(gòu)設(shè)定的過程中，通常將其分為以下幾種：第一，在吸收 管結(jié)構(gòu)中，當(dāng)光纖進(jìn)入到環(huán)境大氣檢測系統(tǒng)這種，設(shè)備會(huì)通過觀察激光強(qiáng)度，進(jìn)行光源工作狀態(tài)的判斷。第二，在TDLAS技術(shù)的吸收光結(jié)構(gòu)中，在中央控制器中設(shè)定參比池為系統(tǒng)，通過系統(tǒng)零點(diǎn)的確定，對檢測系統(tǒng)進(jìn)行重新標(biāo)定，以保證吸環(huán)境大氣檢測的規(guī)范性。第三，在光纜信息傳輸?shù)倪^程中，可以將光纜的傳輸信息直接發(fā)送到單元標(biāo)志器之中，通過對環(huán)境大氣紅外檢測，實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的系統(tǒng)處理，有效提高數(shù)據(jù)信息號(hào)的轉(zhuǎn)換效率[5]。

3.2.3 TDLAS技術(shù)譜線選擇

通過對譜線選擇技術(shù)的分析， TDLAS技術(shù)通過二極管激光光譜吸收技術(shù)的使用，可以結(jié)合環(huán)境大氣的檢測參數(shù)，進(jìn)行吸收譜線中心波長的界定，之后會(huì)在吸收區(qū)域中對其他氣體分析進(jìn)行處理，但是整個(gè)過程中都不會(huì)出現(xiàn)交叉吸收的現(xiàn)象，充分保證 TDLAS技術(shù)檢測的穩(wěn)定性[6]。

結(jié)束語：

總而言之，在現(xiàn)階段環(huán)境大氣檢測的過程中，為了實(shí)現(xiàn)對環(huán)境狀況的科學(xué)分析，將TDLAS技術(shù)引入到環(huán)境到環(huán)境大氣檢測中是十分必要的，通過TDLAS技術(shù)的使用，不僅可以提高檢測過程的靈敏性以及快速性，而且也可以通過檢測數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行檢測結(jié)果的準(zhǔn)確修正，避免環(huán)境大氣檢測中受到環(huán)境以及溫度的影響。因此，對于相關(guān)環(huán)境檢測部門，在環(huán)境大氣檢測中，應(yīng)該結(jié)合TDLAS技術(shù)的使用優(yōu)勢，進(jìn)行檢測過程、吸收光結(jié)構(gòu)以及譜線的科學(xué)選擇，提高環(huán)境大氣檢測的有效性，為現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境的改善提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀春貴 ， 張玉鈞， 魯一冰. 基于TDLAS技術(shù)的CO在線測量平衡探測電路設(shè)計(jì)[J]. 電子測量技術(shù)， 2018（1）.：18-23

[2]姚路， 劉文清， 劉建國. 球載TD LAS的對流層CO2濃度廓線探測[J]. 光譜學(xué)與光譜分析， 2015（10）：2787-2791.