近年來(lái),在繁榮經(jīng)濟(jì)的背后所凸現(xiàn)出來(lái)的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到世人的關(guān)注。目前，中國(guó)面臨著水污染、大氣污染和固體廢物污染三大主要污染威脅。
大氣污染空前嚴(yán)重，引起社會(huì)各界廣泛重視，相關(guān)政策也紛紛出臺(tái)。作為污染大戶，自然受到國(guó)家環(huán)保政策的格外關(guān)注—2014年9月12日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)文“關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》的通知”。
通知中要求，穩(wěn)步推進(jìn)東部地區(qū)現(xiàn)役30萬(wàn)千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組和有條件的30萬(wàn)千瓦以下公用燃煤發(fā)電機(jī)組，實(shí)施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造。燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值（即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下,煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50毫克/立方米）。
什么是DOAS
差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)DOAS技術(shù)（Differential Optical Absorption Spectroscopy），在20世紀(jì)70年代由PLATT等人提出。
該方法是利用光線在大氣中傳輸時(shí)，大氣中各種氣體分子在不同的波段對(duì)其有不同的差分吸收的特性，來(lái)反演這些微量氣體在大氣中的濃度。到20世紀(jì)80年代末， DOAS技術(shù)已經(jīng)作為一種空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在歐盟范圍內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)可，目前主要應(yīng)用在SOx和NOx的檢測(cè)上，典型測(cè)試方法和典型DOAS吸收光譜如下：
（另外新國(guó)標(biāo)GB/T37186-2018 二氧化硫和氮氧化物的測(cè)定紫外差分吸收光譜分析法 的頒布，也將推進(jìn)DOAS技術(shù)在氣體監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用）
為什么選擇差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)（DOAS）？
現(xiàn)有的污染氣體監(jiān)測(cè)方法，主要包括化學(xué)法和光學(xué)法。其中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)方法存在一定局限性，而光學(xué)方法（光譜學(xué)測(cè)量）卻可以滿足在線監(jiān)測(cè)的要求。
相較于傳統(tǒng)方法，DOAS的優(yōu)勢(shì)如下：
另外，與傳統(tǒng)紅外方法（同為光譜測(cè)量方法）相比，DOAS也具備很明顯的優(yōu)勢(shì)：
| 傳統(tǒng)紅外方法 | DOAS |
| 成熟，成本低 | 相對(duì)較高的成本，先進(jìn)的技術(shù) |
| 檢測(cè)限度高 | 檢測(cè)限度低 |
| 嚴(yán)格的濕度要求 | 不要求濕度 |
| 每次只測(cè)試精確的組件 | 同時(shí)測(cè)試多組件 |
| 低解析度 | 高解析度 |
DOAS系統(tǒng)基本裝置
DOAS整套儀器主要包括:光源、發(fā)射和接收系統(tǒng)、角反射鏡（發(fā)射和接收系統(tǒng)如不在同一側(cè)，不需角反射鏡）、光纜、單色儀、光譜儀和計(jì)算機(jī)等，典型DOAS設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如下：
可以看出，光纖光譜儀作為核心檢測(cè)設(shè)備，在DOAS系統(tǒng)中扮演著非常重要的作用。光譜儀與其他結(jié)構(gòu)件之間的協(xié)同工作效率，以及產(chǎn)品自身的性能指標(biāo)對(duì)最終輸出的光譜結(jié)果有著很大程度的影響。
美國(guó)海洋光學(xué)可提供針對(duì)不同測(cè)量需求的各類(lèi)微型光纖光譜儀。小巧的體積，豐富的通訊接口以及成熟的開(kāi)發(fā)套件非常適合用于DOAS系統(tǒng)的集成。我們擁有業(yè)內(nèi)唯一一家使用自動(dòng)化生產(chǎn)線裝配的光譜儀，這保證了足夠小的臺(tái)間差以及產(chǎn)品的持久耐用程度，再搭配抗紫外衰老光纖，足以確保系統(tǒng)長(zhǎng)久運(yùn)行。
當(dāng)前中國(guó)大氣污染狀況十分嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為煤煙型污染：城市大氣環(huán)境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標(biāo)，二氧化硫污染一直在較高水平機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染物排放總量迅速增加氮氧化物污染呈加重趨勢(shì)。而且，目前我國(guó)仍將處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化同步加速發(fā)展的階段，機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量快速增長(zhǎng)，同時(shí)造成的空氣污染也日益嚴(yán)重、防治尾氣污染已是大氣環(huán)境治理的重中之重，如何實(shí)現(xiàn)更加快速、準(zhǔn)確、便捷的監(jiān)測(cè)也是我們的主要課題。
汽車(chē)尾氣危害
汽車(chē)尾氣污染是由汽車(chē)排放的廢氣造成的環(huán)境污染。研究表明，汽車(chē)尾氣的成分非常復(fù)雜，有100種以上，主要污染物為一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、含鉛化合物、苯并芘及固體顆粒物等。
汽車(chē)排放的二氧化碳（CO2）、硫化物SOx（SO和SO2）、氮氧化物NOx（NO和NO2）、氟氯烴等成分使溫室效應(yīng)、臭氧層破壞和酸雨等大氣環(huán)境問(wèn)題變得更為嚴(yán)重；汽車(chē)排出的CO、NOx、SOx、未燃碳?xì)浠衔颒C、顆粒物PM和臭味氣體等污染空氣，對(duì)人類(lèi)和動(dòng)、植物危害甚大：一氧化碳會(huì)阻礙人體的血液吸收和氧氣輸送，影響人體造血機(jī)能，隨時(shí)可能誘發(fā)心絞痛、冠心病等疾?。坏趸衔锒拘愿鼜?qiáng)，它能損壞人的眼睛和肺，還會(huì)形成光化學(xué)煙霧，即產(chǎn)生酸雨的主要物質(zhì)，可使植物由綠色變?yōu)楹稚敝链竺娣e死亡。
隨著我國(guó)城市汽車(chē)保有量的激增和交通堵塞情況的日益嚴(yán)重，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣早已是城市空氣污染的元兇。據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn), 大約 60% 的CO , 44% HC 和 31% 的 NOx大氣污染來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)，汽車(chē)尾氣排放量占城市大氣污染源的85%左右，尾氣污染問(wèn)題嚴(yán)峻，監(jiān)測(cè)治理刻不容緩。
主要監(jiān)測(cè)方法
DOAS和TDLAS聯(lián)用，同時(shí)對(duì)汽車(chē)尾氣中NOx、SOx及COx、未燃碳?xì)浠衔颒C等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。（參考文獻(xiàn)：董鳳忠, 劉文清, 劉建國(guó), et al. 機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的道邊在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(上)[J]. 測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào), 2005, 19(2):119-127.）
測(cè)量時(shí)將系統(tǒng)放置在道路一邊，將反射裝置放置在道路的另一邊。
由于氣體分子對(duì)特殊波段的光具有強(qiáng)吸收的特性, 我們采用氘燈作為紫外光源。測(cè)量時(shí)，NO、HC等有害氣體在200 nm～250 nm波段有強(qiáng)吸收帶, 而水分子和其它氣體則是幾乎沒(méi)有吸收。
TDLAS氣體分析的技術(shù)原理
TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）是可調(diào)諧激光二極管吸收光譜技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。
TDLAS屬于吸收光譜技術(shù)的一種，與以往的吸收光譜技術(shù)不同的是，它作為光源的可調(diào)諧激光二極管的線寬非常窄，遠(yuǎn)小于被測(cè)氣體的譜線寬度和傳統(tǒng)紅外光源的線寬，使得被測(cè)氣體可以完全不受其他背景氣體的干擾，有效避免了多種氣體交叉干擾所帶來(lái)的檢測(cè)誤差。這種優(yōu)秀的單模特性，使激光的調(diào)制頻率能達(dá)到GHz數(shù)量級(jí)，而且發(fā)射的激光可在極窄波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧。
TDLAS技術(shù)主要通過(guò)光被氣體分子吸收形成的吸收光譜來(lái)對(duì)被測(cè)氣體的濃度進(jìn)行測(cè)量?？烧{(diào)諧二極管激光光源發(fā)出一定波長(zhǎng)的激光，通過(guò)裝有一定濃度待測(cè)氣體的吸收池，被測(cè)氣體受激吸收，使激光束的光強(qiáng)發(fā)生衰減。這種衰減包含了被測(cè)氣體的濃度信息，測(cè)量的理論基礎(chǔ)是朗伯-比爾定律（Lambert-Beer law）。
集成系統(tǒng)
針對(duì)客戶不同的應(yīng)用環(huán)境及需求，系統(tǒng)集成商使用海洋光學(xué)的微型光纖光譜儀作為檢測(cè)核心，制造出了不同的分析系統(tǒng)：
CEMS（Continuous Emission Monitoring System）煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)Υ髿馕廴疚镞M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)江h(huán)境主管部門(mén)。
便攜式（Portable）紫外煙氣綜合分析系統(tǒng)，體積小巧，即拿即走，非常適合檢測(cè)單位攜帶至現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)。
微型光纖光譜儀作為這些系統(tǒng)中的一部分，可連續(xù)監(jiān)測(cè)煙氣中SO2、NOX及其他污染物參數(shù)。
海洋光譜儀推薦
海洋光譜儀優(yōu)勢(shì)
“去偽存真”
海洋光學(xué)一直秉持著創(chuàng)始者的理念，還原給客戶最原始最準(zhǔn)確的光譜信息。
上圖中黃色強(qiáng)度為海洋光譜儀，灰色為雙倍積分時(shí)間下的強(qiáng)度；而某廠家使用光譜預(yù)算法的技倆，讓雙方設(shè)備在相同配置、相同積分時(shí)間條件下，獲得的光譜強(qiáng)度與海洋的光譜2倍強(qiáng)度一致，同時(shí)導(dǎo)致了客戶在進(jìn)行光譜后期運(yùn)算時(shí)，遇到的計(jì)算不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
“去蕪存精”
某廠家使用滑動(dòng)平均的光譜預(yù)處理方法，讓氣體吸收的光譜數(shù)據(jù)看上去更好看。而客戶不知其中利弊，在進(jìn)行算法開(kāi)發(fā)后發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確時(shí)，很難找出問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)?？赡芤恢奔杏谶M(jìn)行光路方面的問(wèn)題排查，而難以想到是光譜核心的問(wèn)題。
“量力而行”
由于光譜儀結(jié)構(gòu)的原因，大部分廠商的生產(chǎn)能力和交付速度都比較低。而海洋光學(xué)的自動(dòng)裝配和校準(zhǔn)系統(tǒng)，能夠確保在客戶規(guī)定的交貨周期內(nèi)完成所有量產(chǎn)設(shè)備的生廠和校準(zhǔn)，輕松消除客戶對(duì)于可能無(wú)法按期交貨的顧慮。
“量體裁衣”
我們會(huì)根據(jù)客戶的特殊使用環(huán)境和需求，對(duì)光譜核心進(jìn)行定制和升級(jí)，比如固件修改：部分客戶使用串口來(lái)連接光譜儀，但是因?yàn)槭芄庾V儀最大波特率的限制，在讀取一幀數(shù)據(jù)時(shí)需要耗費(fèi)很多時(shí)間。如果只返回這幾段光譜數(shù)據(jù)，可以大大節(jié)省返回?cái)?shù)據(jù)的時(shí)間，但絕大多數(shù)應(yīng)用，只關(guān)心某幾段波長(zhǎng)范圍的數(shù)據(jù)。因此我們根據(jù)客戶的要求定制了自定義多段數(shù)據(jù)返回的固件，使用戶可以根據(jù)自己的需要去自由定義多達(dá)10個(gè)波段的光譜數(shù)據(jù)。
再比如16/32 bit checksum: 工業(yè)客戶的使用現(xiàn)場(chǎng)存在很強(qiáng)的干擾，所以在使用串口和光譜儀通訊時(shí)，通訊數(shù)據(jù)經(jīng)常被干擾，具體體現(xiàn)為圖譜上會(huì)出現(xiàn)奇異點(diǎn)。為了應(yīng)對(duì)這種情況，為客戶在光譜儀固件中添加和校驗(yàn)的功能（在沒(méi)有使用A-Scan功能時(shí)，在通訊數(shù)據(jù)后添加16bit的checksum , 或者添加32bit的checksum），可以實(shí)現(xiàn)在確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等方面進(jìn)行定制和驗(yàn)證。