激光与光电子学进展2024,Vol.61Issue(5) :540-548.DOI:10.3788/LOP232579

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

Indoor CO2 Online Monitoring Based on Open-Path Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy

黄琪 王晴 汪开涛 王聪珊 崔茹悦 武红鹏 董磊
激光与光电子学进展2024,Vol.61Issue(5) :540-548.DOI:10.3788/LOP232579

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

Indoor CO2 Online Monitoring Based on Open-Path Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy

黄琪 1王晴 2汪开涛 2王聪珊 2崔茹悦 1武红鹏 1董磊1
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作者信息

  • 1. 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
  • 2. 山西大学物理电子工程学院,山西太原030006
  • 折叠

摘要

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.

Abstract

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.

关键词

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

Key words

tunable diode laser absorption spectroscopy/trace gases/calibration-free/indoor CO2 detection/online monitoring

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基金项目

国家重点研发计划(2019YFE0118200)

国家自然科学基金(62235010)

国家自然科学基金(62175137)

国家自然科学基金(62122045)

国家自然科学基金(62075119)

山西省杰出青年基金(20210302121003)

出版年

2024
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

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.153
ISSN:1006-4125
参考文献量47
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