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基于开放路径式可调谐二极管激光吸收光谱法室内CO2在线监测研究

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为了研究室内二氧化碳(CO2)体积分数变化以及其与人类活动之间的关系，设计了一种开放路径式可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)传感系统对室内CO2体积分数进行监测。采用中心波长为2004nm的分布式反馈(DFB)激光器作为激励光源测量CO2的R(16)特征吸收线。使用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法拟合测量光谱，实现体积分数测量免定标。与商用XENSIVTMPAS二氧化碳传感器进行对比测量，二者的相关度R2达到0。89。结果显示，室内CO2每日体积分数均值为4。63×10-4，略高于室外的CO2体积分数，并且一天内波动范围在3。86× 10-4～5。66×10 4之间。室内CO2体积分数受通风情况和室内人员活动的影响，其每日体积分数变化趋势与人员工作时间高度相关。在人员密度为0。005人/m3的情况下，测量得到CO2体积分数的增长速率为2。3×10-5h-1。因此，人员拥挤的室内环境应及时通风，以防止体积分数过高的CO2引起不适。
Indoor CO2 Online Monitoring Based on Open-Path Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy
To investigate the variation in indoor carbon dioxide(CO2)volume fractions and their relationship with human activities,this study designs an open-path tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS)sensing system to monitor indoor CO2 volume fractions.A distributed feedback(DFB)laser with a central wavelength of 2004 nm is employed as the excitation light source to measure the R(16)characteristic absorption line of carbon dioxide.The Levenberg-Marquardt method of nonlinear least squares fitting is employed to fit the measured spectra,allowing for volume fraction measurements without requiring calibration.Comparative measurements with a commercial XENSIVTM PAS CO2 sensor yield a high correlation(R2=0.89).The results indicate that the daily average indoor CO2 volume fraction is 4.63× 10-4,slightly surpassing outdoor levels,whereas the fluctuation range of indoor CO2 volume fraction within a day is 3.86×10-4-5.66× 10-4.Indoor CO2 volume fraction is volume fractions influenced by ventilation and indoor human activities,and the daily volume fraction trends are highly correlated with working hours.At a personnel density of 0.005 persons/m3,the growth rate of CO2 volume fraction is measured at 2.3×10-5 h-1.Therefore,timely ventilation is recommended for crowded indoor environments to prevent elevated CO2 volume fractions that may cause discomfort.

tunable diode laser absorption spectroscopytrace gasescalibration-freeindoor CO2 detectiononline monitoring

黄琪、王晴、汪开涛、王聪珊、崔茹悦、武红鹏、董磊

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山西大学激光光谱研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西太原030006

山西大学极端光学协同创新中心,山西太原030006

山西大学物理电子工程学院,山西太原030006

可调谐二极管激光吸收光谱技术 痕量气体 免标定 室内二氧化碳检测 在线监测

国家重点研发计划国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金山西省杰出青年基金

2019YFE01182006223501062175137621220456207511920210302121003

2024

10.3788/LOP232579

激光与光电子学进展
中国科学院上海光学精密机械研究所

激光与光电子学进展

CSTPCD北大核心
影响因子：1.153
ISSN：1006-4125
年,卷(期)：2024.61(5)
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