德思特应用｜40 MS/s采样信号！数字化仪在差分吸收激光雷达系统（ DIAL ）中的关键应用

前言

在现代社会中，工业化已成为环境污染的主要原因。因此，研究工业污染及其各种成分已成为一个专门的学科。例如在我国，国家环保部已经规定要对大气中的二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NOx）水平进行监测，而这两种成分正是在工业区附近常见的危险排放物。具体来说，SO₂和NOx都会引起不同程度的呼吸道和眼部刺激，SO₂还是酸雨的主要成因，除了危害动植物外，还会导致土壤退化和水体污染。

关于 DIAL 技术

位于南京的中国科学院激光技术研究所与南京信息工程大学一直在共同开发用于检测空气污染的最新主动遥感技术。一种特别适用于检测污染气体的仪器就是差分吸收激光雷达（Differential Absorption LIDAR，简称DIAL），如图1所示。DIAL的工作原理是选择两种不同的激光波长（通常称为在线波长和离线波长），其中一种波长被特定待测气态分子吸收，而另一种波长则不吸收。通过测量后续的两个返回激光信号强度差异，则可以确定所研究分子的浓度。

DIAL系统构成

该研究团队选择专注于开发使用中红外吸收的DIAL系统（MI-DIAL）。中红外波段有一个大气传输窗口，并具有多种气体的吸收峰，这其中包括了有机和无机分子，非常适合用于气体成分检测。此外，它的吸收效率比紫外线高2至3个数量级，提高了测量的准确性和检测范围。图2为该DIAL系统的大致结构框图。

然后将采样卡收集的数据传输到PC进行分析。这个过程中使用了一种逐行扫描的方法，其中需要用到的行参数数据，可以从高分辨率透射分子吸收数据库（HITRAN）中获得。此数据库记录了光谱线位置和强度、压力漂移系数、低能态旋转量子数、温度相关系数、空气加宽半宽度以及大多数气体分子的自加宽半宽度。图3显示了三种污染气体及其它背景气体的谱线强度数据。