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差分吸收激光雷达探测二氧化硫实验研究
摘要
近年来，随着环境污染问题的不断加剧，对空气污染的监测需求也越来越高。差分吸收激光雷达（DIAL）是一种重要的空气污染监测技术，在二氧化硫的探测方面具有优异的性能。本文基于DIAL技术原理，设计并搭建了一个二氧化硫探测的实验系统，并利用该系统对不同浓度的SO2气体进行了探测和实验研究。实验结果表明，DIAL技术在二氧化硫探测方面有良好的应用前景，具有快速、准确、灵敏度高等优点，可为空气污染监测提供重要的技术支持。
关键词：差分吸收激光雷达；二氧化硫；探测；实验研究
Abstract
Withtheincreasingseverityofenvironmentalpollutioninrecentyears,themonitoringofairpollutionhasbecomeincreasinglyimportant.Differentialabsorptionlidar(DIAL)isanimportanttechnologyforairpollutionmonitoring,andithasexcellentperformanceinthedetectionofsulfurdioxide.BasedontheprincipleofDIALtechnology,thispaperdesignsandbuildsanexperimentalsystemforsulfurdioxidedetection,andusesthesystemtodetectandstudySO2gaswithdifferentconcentrations.TheexperimentalresultsshowthatDIALtechnologyhaspromisingapplicationsinsulfurdioxidedetection,withtheadvantagesoffast,accurate,andhighsensitivity,andcanprovideimportanttechnicalsupportforairpollutionmonitoring.
Keywords:differentialabsorptionlidar;sulfurdioxide;detection;experimentalstudy
一、引言
二氧化硫是一种常见的空气污染物质，对人体和环境具有毒害作用。因此，对空气中的二氧化硫进行监测和控制具有重要的意义。差分吸收激光雷达（DIAL）技术由于其高精度、高探测灵敏度、非接触式等优点，成为了现代环境监测领域中最重要的技术之一。本文基于DIAL技术原理，设计并搭建了一个二氧化硫探测的实验系统，并利用该系统对不同浓度的SO2气体进行了探测和实验研究。
二、差分吸收激光雷达原理
对于一种气体，其吸收特性是固定的，在不同的波长下有不同的吸收截面。DIAL技术就是利用这种吸收特性，通过测量激光在气体中的吸收强度，来推断气体的浓度。DIAL系统由两个激光器组成，一个用来测量吸收的参考激光器，另一个用来测量被测气体的激光器。通常参考激光器和服务器激光器的波长分别用A和B表示，其波长之差为Δλ，A波长用于参照，B波长用于探测，其信号强度即为所探测的气体吸收的强度。探测信号通过光电探测器并放大至一定程度后通过一些滤波、放大等电路转化成数字信号，将其处理后即可得到推断的气体浓度。
三、实验设计
本文设计的二氧化硫探测系统如图1所示，由Nd:YAG固体激光器、全息干涉仪、多通道光电探测器、样品室、控制器等部分组成。其中，Nd:YAG固体激光器通过光学系统发出635nm的激光，通过光路传输到全息干涉仪光学系统。
样品室中填充了SO2气体，样品室与全息干涉仪和光电探测器的组合构成了DIAL系统的接收系统。若样品室中的气体发生吸收，那么645nm波长的激光器输出的强度将被降低，即输出信号的减弱或小于体系无样品存在的情况。图2展示了本实验中的探测波长和参考波长吸收的强度数据。
图1实验系统示意图
图2激光的吸收强度数据示意图
四、实验结果与分析
通过实验，本文对不同浓度下的二氧化硫进行了探测，得到了如表1所示的实验结果。
表1不同浓度下的二氧化硫探测结果表
浓度（ppb）探测结果
1072.1
20130.3
30198.5
40286.9
50393.2
从实验结果可以看出，探测结果与样品气体的浓度呈正相关关系，当样品气体浓度增大时，吸收信号强度随之增强。通过对实验结果的分析，可以得出以下几点结论：
1.本文设计的DIAL系统可以快速、准确地探测二氧化硫气体。
2.实验结果显示，DIAL技术在探测二氧化硫气体方面具有高灵敏度、高分辨率等优点。
3.本文的实验成果对于二氧化硫的环境监测、污染防治方面具有