3. Results and discussionFig. 4 dep

3. Results and discussion
Fig. 4 depicts a fragment of CO and CO2 spectra calculated using HITRAN [28] at the room temperature and at 1000 K.
The spectral range shown in the figure is achievable with the laser used in this work. The total intensity of each spectrum decreases with increasing temperature, due to the dependency of the partition function. The observed total intensity of the absorption spectrum also depends on the gas concentration, which is not known and must be determined. Therefore, a temperature measurement can be made based on the relative intensities of various rotational lines in the spectrum. The spectra shown in Fig. 4 are normalized, so their total intensities are similar.
The full spectral range shown in Fig. 4 is obtained by tuning the laser with the L3 lens, as described in Section 2. The broadband emission of the laser at a fixed L3 position covers a narrower spectral range.
The spectral range used in this work is shown as a greyshaded region in Fig. 4. We chose this range based on the follow-ing criteria. First, it must allow simultaneous determination of theCO and CO2concentrations, with more sensitivity to CO since theCO2concentration is substantially higher in most applications. Sec-ond, the selected range must allow temperature measurements andhence include lines which behave differently as the temperaturechanges.The spectral range used in this work complies with theserequirements. In this range, CO can be measured with high sensi-tivity and the temperature can be determined from rotational lineswith high J numbers in the CO2spectrum. The intensity of the COspectrum in this spectral range is about 20 times higher than thatof CO2. As mentioned above, this can be considered an advantagefor many practical applications, where trace amounts of CO have tobe detected on top of a dominant CO2background.Fig. 4 also depicts the HITRAN spectrum of methane at roomtemperature and at 1000 K. The relative intensities of the differ-ent lines are practically the same at the two temperatures. On theother hand, the total intensity of the spectrum is reduced by a fac-tor of 13, due to a strong increase in the partition function of thisfive-atom molecule. The reason for this uniform behavior of the dif-ferent rotational lines has to do with deficient information aboutthe lower-level energy of methane transitions in this spectral range(see a more detailed discussion later in the paper).The spectral lines in our experiments are broadened mainly bycollisions, since the Doppler width is narrower than the Lorentziancollisional linewidth by at least a factor of five even at 1200 K. How-ever, the apparatus linewidth accounts for additional broadening.Therefore, we use the following procedure for spectral simula-tion. After assigning the spectral lines, the spectra of individualmolecules are simulated with the aid of HITRAN [28] or HITEMP [29](for its CO2database), including collision broadening and line shiftcoefficients. The line intensity S(T) at temperature T is calculatedbased on the line intensity at the reference HITRAN temperatureTref= 296 K:

(3)where E is the energy of the lower transition level, Q(T) is the par-tition function from the HITRAN database, and c2is the secondradiation constant = hc/k=1.4388 cm K. The correct wavenumber corresponding to the spectral line is determined using the pressureshift ı of the transition:
 (4)Thus, the monochromatic cross section () is given by
(5)where f(, T, p, ) is the Lorentzian lineshape function and p ispressure:
(6)
and the half linewidth (p, T) is calculated using airfrom HITRAN:
(7)

The coefficient n reflects the temperature dependence of the air-broadened halfwidth from HITRAN. The spectral baseline wassimulated with a 5th–7th order polynomial. The Beer–Lambert law(Eq. (1)) was used to generate the resulting spectrum. In the nextstage, the generated spectrum was convoluted with the instru-mental lineshape function approximated by a Gaussian, using aLabVIEW code based on the fast Fourier transform algorithm.The polynomial coefficients along with the temperature andmolecule concentration(s) were evaluated using a nonlinear leastsquares fit (the Levenberg–Marquardt algorithm), with the aid of ahomemade LabVIEW program.Fig. 5 depicts measured and simulated spectrum of 2% CO dilutedby nitrogen to a total pressure of 1 atm at a temperature of 298 K.The best fit yields 1.9% CO concentration and a temperature of302 K.The inset in Fig. 5 demonstrates the excellent fit of a single spec-tral line. The temperature and concentration of CO can be accuratelyevaluated in this spectral range only near room temperature, sincein this range the CO spectrum contains rotational lines with rota-tional quantum numbers from 13

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

3. ผลลัพธ์ และสนทนาFig. 4 แสดงให้เห็นส่วนของ CO และ CO2 แรมสเป็คตราที่คำนวณโดยใช้ HITRAN [28] ที่อุณหภูมิห้อง และ ที่ คุณ 1000ช่วงสเปกตรัมที่ปรากฏในภาพจะทำได้ โดยเลเซอร์ที่ใช้ในการทำงานนี้ ลดความเข้มทั้งหมดของสเปกตรัมแต่ละกับการเพิ่มอุณหภูมิ เนื่องจากการขึ้นต่อกันของฟังก์ชันพาร์ทิชัน สังเกตความเข้มทั้งหมดของสเปกตรัมดูดซึมยังขึ้นอยู่กับแก๊สความเข้มข้น ที่มีชื่อเสียง และต้องกำหนด ดังนั้น วัดอุณหภูมิสามารถทำตามในการปลดปล่อยก๊าซญาติของบรรทัดในการหมุนต่าง ๆ ในสเปกตรัม แรมสเป็คตราแสดงใน Fig. 4 มีตามปกติ เพื่อการปลดปล่อยก๊าซทั้งหมดจะเหมือนกันช่วงเต็มสเปกตรัมที่ปรากฏใน Fig. 4 จะได้รับ โดยเลเซอร์เลนส์ L3 ปรับแต่งตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 2 เล็ดรอดแบนด์ของเลเซอร์ที่ตำแหน่ง L3 ถาวรครอบคลุมช่วงสเปกตรัมแคบลง ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในการทำงานนี้จะแสดงเป็นพื้นที่ greyshaded ใน Fig. 4 เราเลือกช่วงนี้ตามเกณฑ์ตามกำลัง ครั้งแรก มันต้องให้กำหนดพร้อมของ theCO และ CO2concentrations มีความไวมากขึ้นให้ CO เนื่องจาก theCO2concentration จะสูงมากในการใช้งานมากที่สุด Sec ond ช่วงที่เลือกต้องให้วัดอุณหภูมิ andhence รวมบรรทัดที่แตกต่างกันเป็น temperaturechanges ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในการทำงานนี้สอดคล้องกับ theserequirements ในช่วงนี้ สามารถวัด CO กับเซนซิ tivity สูง และอุณหภูมิที่สามารถกำหนดจาก lineswith ในการหมุนสูง J หมายเลข CO2spectrum ความเข้มของ COspectrum ในช่วงนี้สเปกตรัมเป็นประมาณ 20 เท่าสูงกว่า thatof CO2 ดังกล่าวข้างต้น ซึ่งจะถือเป็น advantagefor มากประยุกต์ใช้งานจริง ที่ติดตามจำนวน CO มี tobe ที่ตรวจพบบน CO2background.Fig หลักได้ 4 นอกจากนี้ยังมีภาพสเปกตรัม HITRAN ของมีเทน ที่ roomtemperature และ ที่ คุณ 1000 ปลดปล่อยก๊าซที่สัมพันธ์กับบรรทัดเอนท์แตกจริงเหมือนกันที่อุณหภูมิสอง ครอง theother รวมความเข้มของคลื่นจะลดลง โดยทอร์ fac ของ 13 เนื่องจากการเพิ่มขึ้นแข็งแกร่งในการทำงานพาร์ติชันของโมเลกุลอะตอม thisfive เหตุผลลักษณะเช่นนี้เป็นรูปแบบของบรรทัดในการหมุน dif ferent ได้ทำกับข้อมูลขาดสารเกี่ยวกับพลังงานระดับของมีเทนเปลี่ยนในช่วงนี้สเปกตรัม (ดูการสนทนารายละเอียดเพิ่มเติมในเอกสารในภายหลัง) เส้นสเปกตรัมในการทดลองของเรากำลังขยายส่วนใหญ่ bycollisions เนื่องจากความกว้างของ Doppler แคบลงกว่า linewidth Lorentziancollisional โดยปัจจัยน้อยห้าห้อง 1200 วิธีคุณเคย บัญชี linewidth เครื่องสำหรับ broadening เพิ่มเติม ดังนั้น เราใช้ขั้นตอนต่อไปนี้สำหรับสเปกตรัม simula-สเตรชัน หลังจากกำหนดเส้นสเปกตรัม จำลองแรมสเป็คตราของ individualmolecules ด้วยความช่วยเหลือของ HITEMP หรือ HITRAN [28] [29] (สำหรับของ CO2database), รวมทั้งชน broadening และสาย shiftcoefficients ความเข้มของเส้น S(T) ที่อุณหภูมิ T เป็น calculatedbased บนบรรทัดความเข้มที่ temperatureTref HITRAN อ้างอิง = 296 K:(3) ซึ่งเป็นพลังงานของระดับช่วงล่าง Q(T) เป็น tition หุ้นทำงานจากฐานข้อมูล HITRAN และ c2is คง secondradiation = hc/k = 1.4388 ซม.คุณ Wavenumber ถูกต้องสอดคล้องกับเส้นสเปกตรัมจะกำหนดใช้ı pressureshift ของช่วงการเปลี่ยนภาพ:ดังนี้ (4), ()ส่วนขนยังถูกกำหนดโดย(5) f (, T, p,) ได้ Lorentzian lineshape ฟังก์ชันและ p ispressure:(6)และคำนวณ linewidth ครึ่ง (p, T) โดยใช้ airfrom HITRAN:(7)N สัมประสิทธิ์สะท้อนให้เห็นถึงการพึ่งพาอุณหภูมิของครึ่งความกว้างที่ให้อากาศจาก HITRAN Wassimulated พื้นฐานสเปกตรัมกับใบ 5 – 7 พหุนาม กฎหมายเบียร์ – Lambert (Eq. (1)) ที่ใช้ในการสร้างสเปกตรัมได้ ใน nextstage สเปกตรัมสร้างที่คดเคี้ยว ด้วยฟังก์ชัน lineshape instru จิตเลียนแบบ โดยแบบ Gaussian ใช้รหัส aLabVIEW ตามอัลกอริทึมการแปลงฟูรีเยได้อย่างรวดเร็ว สัมประสิทธิ์พหุนามกับ concentration(s) andmolecule อุณหภูมิได้ประเมินการใช้พอดี leastsquares ไม่เชิงเส้น (อัลกอริธึม Levenberg – Marquardt) ด้วยความช่วยเหลือของ ahomemade LabVIEW program.Fig. 5 มีภาพจำลอง และวัดสเปกตรัมของไนโตรเจน dilutedby CO 2% เพื่อความดันรวมของ 1 atm ที่อุณหภูมิ 298 K.The สุดพอดีทำให้ความเข้มข้นของ CO 1.9% และแทรก K.The of302 อุณหภูมิใน Fig. 5 แสดงให้เห็นยอดเยี่ยมพอดีบรรทัด tral สเปคเดียวกัน อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO จะ accuratelyevaluated ในช่วงนี้สเปกตรัมใกล้อุณหภูมิห้องเท่านั้น sincein CO ช่วงคลื่นนี้ประกอบด้วยบรรทัดในการหมุนหมายเลขควอนตัม tional ณ 13

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

3. ผลการอภิปรายและ
รูป 4 แสดงให้เห็นว่าส่วนของ CO และ CO2 สเปกตรัมคำนวณโดยใช้ HITRAN [28] ที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 เค
ช่วงสเปกตรัมแสดงในรูปที่จะทำได้ด้วยเลเซอร์ที่ใช้ในงานนี้ ความรุนแรงรวมของแต่ละคลื่นความถี่ลดลงด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการขึ้นของฟังก์ชั่นพาร์ทิชัน สังเกตเห็นความรุนแรงทั้งหมดของสเปกตรัมการดูดซึมยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของก๊าซซึ่งไม่เป็นที่รู้จักและต้องได้รับการพิจารณา ดังนั้นการวัดอุณหภูมิสามารถทำได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของญาติของสายการหมุนต่าง ๆ ในสเปกตรัม สเปกตรัมแสดงในรูป 4 ปกติดังนั้นความเข้มของพวกเขาทั้งหมดมีความคล้ายคลึง.
ช่วงสเปกตรัมเต็มรูปแบบที่แสดงในรูป 4 จะได้รับการปรับแต่งโดยเลเซอร์ที่มีเลนส์ L3 ที่อธิบายไว้ในมาตรา 2 การปล่อยบรอดแบนด์ของเลเซอร์ในตำแหน่งที่คงที่ L3 ครอบคลุมช่วงสเปกตรัมแคบ.
ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานนี้จะแสดงเป็นภูมิภาค greyshaded ในรูป . 4. เราเลือกช่วงนี้ขึ้นอยู่กับเกณฑ์ต่อไปนี้ไอเอ็นจี ก่อนจะต้องให้ความมุ่งมั่นพร้อมกันของ THECO CO2concentrations และมีความไวมากขึ้นในการ CO ตั้งแต่ theCO2concentration เป็นอย่างมากที่สูงขึ้นในการใช้งานมากที่สุด Sec-ond ช่วงที่เลือกจะต้องอนุญาตให้วัดอุณหภูมิ andhence รวมถึงสายการทำงานแตกต่างกันซึ่งเป็นช่วงสเปกตรัม temperaturechanges.The ใช้ในงานนี้สอดคล้องกับ theserequirements ในช่วงนี้, โคโลราโดสามารถวัดได้ด้วยประสิทธิภาพในการ sensi-สูงและอุณหภูมิที่สามารถตรวจสอบได้จากการหมุน lineswith หมายเลข J สูง CO2spectrum ความเข้มของ COspectrum ในช่วงสเปกตรัมนี้ประมาณ 20 เท่าสูงกว่า thatof CO2 ดังกล่าวข้างต้นนี้จะได้รับการพิจารณา advantagefor การใช้งานจริงจำนวนมากที่ติดตามปริมาณของ CO Tobe มีการตรวจพบที่ด้านบนของ CO2background.Fig ที่โดดเด่น นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึง 4 คลื่นความถี่ HITRAN ของก๊าซมีเทนที่ roomtemperature และที่ 1000 เคเข้มญาติของเส้นแตกต่าง-กิจการเป็นจริงเช่นเดียวกันที่สองอุณหภูมิ ในขณะที่ theother ความเข้มของคลื่นรวมจะลดลง fac-ทอร์ 13 เนื่องจากการเพิ่มขึ้นแข็งแกร่งในฟังก์ชั่นพาร์ทิชันของโมเลกุล thisfive อะตอม เหตุผลนี้พฤติกรรมเครื่องแบบของสายการหมุนแตก-แตกจะทำอย่างไรกับข้อมูลที่ขาด aboutthe พลังงานในระดับต่ำกว่าของการเปลี่ยนก๊าซมีเทนในช่วงสเปกตรัมนี้ (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังในกระดาษ) ได้โดยง่ายเส้นสเปกตรัมในการทดลองของเรามี ขยายส่วนใหญ่ bycollisions ตั้งแต่ Doppler กว้างแคบกว่า linewidth Lorentziancollisional อย่างน้อยปัจจัยที่ห้าแม้ที่ 1200 เควิธีที่เคยบัญชี linewidth อุปกรณ์สำหรับ broadening.Therefore เพิ่มเติมเราจะใช้ขั้นตอนต่อไปนี้สำหรับสเปกตรัมการจำลองการ- . หลังจากได้กำหนดเส้นสเปกตรัม, สเปกตรัมของ individualmolecules มีการจำลองด้วยความช่วยเหลือของ HITRAN [28] หรือ HITEMP [29] (สำหรับ CO2database ของมัน) รวมทั้งการขยายการปะทะกันและ shiftcoefficients สาย ความเข้มของเส้น S (T) ที่อุณหภูมิ T จะ calculatedbased กับความเข้มเส้นที่อ้างอิง HITRAN temperatureTref = 296 K: (3) ที่ E เป็นพลังงานในระดับที่ต่ำกว่าการเปลี่ยนแปลง, Q (T) เป็นฟังก์ชั่นที่ตราไว้หุ้น tition จาก ฐานข้อมูล HITRAN และ c2is คง secondradiation = hc / k = 1.4388 ซมเค wavenumber ที่ถูกต้อง ?? สอดคล้องกับเส้นสเปกตรัมจะถูกกำหนดโดยใช้ pressureshift ıของการเปลี่ยนแปลง: ?? ? (?) (4) ดังนั้นส่วนข้ามเดียวจะได้รับจาก(5) ที่ f (??, T, P,?) เป็นฟังก์ชั่น Lorentzian lineshape p และ ispressure: (6) ? และ linewidth ครึ่ง (p , T) จะคำนวณโดยใช้ airfrom HITRAN: (7) n สัมประสิทธิ์สะท้อนให้เห็นถึงการพึ่งพาอาศัยอุณหภูมิของ halfwidth เครื่องขยายจาก HITRAN พื้นฐานสเปกตรัม wassimulated กับการสั่งซื้อ 5-7 พหุนาม กฎหมายเบียร์-Lambert (สม. (1)) ถูกนำมาใช้ในการสร้างคลื่นความถี่ที่เกิดขึ้น ใน nextstage สเปกตรัมสร้างได้ซับซ้อนที่มีฟังก์ชั่น lineshape instru จิตห้วงเสียนโดยใช้รหัส aLabVIEW ขึ้นอยู่กับฟูริเยร์ได้อย่างรวดเร็วเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์พหุนาม algorithm.The พร้อมกับความเข้มข้น andmolecule อุณหภูมิ (s) ได้รับการประเมินโดยใช้ leastsquares ไม่เชิงเส้น พอดี (อัลกอริทึม Levenberg-Marquardt) ด้วยความช่วยเหลือของ ahomemade LabVIEW program.Fig แม่พระ 5 วัดสเปกตรัมจำลองและ 2% CO ไนโตรเจน dilutedby ความดันทั้งหมด 1 ตู้เอทีเอ็มที่อุณหภูมิ 298 อัตราผลตอบแทนที่ดีที่สุด K.The พอดี 1.9% ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์และอุณหภูมิ of302 K.The สิ่งที่ใส่เข้าไปในรูป 5 แสดงให้เห็นถึงความพอดีที่ยอดเยี่ยมของสายข้อมูลจำเพาะ Tral เดียว อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO สามารถ accuratelyevaluated ในช่วงสเปกตรัมนี้เท่านั้นที่อยู่ใกล้อุณหภูมิห้อง sincein ช่วงนี้คลื่นความถี่ CO มีสายการหมุนด้วยตัวเลขควอนตัมโรตา-tional จาก 13

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

3 . รูปที่ 4 แสดงให้เห็นผลลัพธ์และการอภิปราย
ส่วน CO และ CO2 สามารถคำนวณโดยใช้ hitran [ 28 ] ที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 K .
สเปกตรัมช่วงที่แสดงในรูปนี้ได้ด้วยเลเซอร์ ที่ใช้ในงานนี้ ความเข้มข้นรวมของแต่ละความถี่ลดลงเมื่อเพิ่มอุณหภูมิ เนื่องจากการพึ่งพาของฟังก์ชันพาร์ทิชัน .และความเข้มของการดูดซึมสเปกตรัมทั้งหมดยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของแก๊ส ซึ่งไม่เป็นที่รู้จัก และต้องได้รับการพิจารณา ดังนั้น การวัดอุณหภูมิสามารถทำได้ตามความเข้มสัมพัทธ์ของเส้นหมุนต่างๆในสเปกตรัม นี้แสดงในรูปที่ 4 เป็นปกติ ดังนั้นความเข้มของตนทั้งหมดจะคล้ายกัน
เต็มสเปกตรัมช่วงที่แสดงในฟิค4 ได้ปรับเลเซอร์กับเลนส์ L3 , ตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 2 บรอดแบนด์ของเลเซอร์ในการแก้ไข L3 ตำแหน่งครอบคลุมแคบสเปกตรัมของช่วง
ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานวิจัยนี้จะแสดงเป็น greyshaded ภูมิภาคในรูปที่ 4 เราเลือกช่วงนี้ยึดตามหลักเกณฑ์ไอเอ็นจี ครั้งแรก มันต้องให้พร้อมกัน และการ co2concentrations theco ,กับความไวในการ จำกัด ตั้งแต่ theco2concentration จะสูงขึ้นอย่างมากในการใช้งานมากที่สุด วงที่สอง ช่วงที่เลือก ต้องให้อุณหภูมิการวัดิกส์รวมถึงสายที่ทำตัวแตกต่างเป็น temperaturechanges . ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานวิจัยนี้สอดคล้องกับ theserequirements . ในช่วงนี้บริษัท สามารถวัดได้ด้วย tivity เซนซิสูงและอุณหภูมิที่ได้จากการหมุน lineswith สูง J ตัวเลขใน co2spectrum . ความเข้มของ cospectrum ในช่วงสเปกตรัมนี้ประมาณ 20 ครั้งสูงกว่า CO2 อาร์เอส . ดังกล่าวข้างต้น ซึ่งจะถือว่าเป็น advantagefor การใช้งานจริงมากมายที่สามารถตรวจพบร่องรอยของ Co มีด้านบนของ co2background.fig เด่น 4 ยังแสดงให้เห็น hitran สเปกตรัมของก๊าซมีเทนที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 K . ที่ความเข้มสัมพัทธ์ของแตกต่างกันเอนท์สายเป็นเกือบเดียวกันที่ 2 อุณหภูมิ ในส่วนของความรุนแรงทั้งหมดของสเปกตรัมจะลดลงโดย Fac TOR ของ 13เนื่องจากการเพิ่มขึ้นแข็งแกร่งในฟังก์ชันพาร์ทิชันของ thisfive อะตอมโมเลกุล เหตุผลสำหรับพฤติกรรมนี้ของ ferent dif เครื่องแบบหมุนสายต้องทำในด้านข้อมูลการลดระดับการใช้พลังงานของการเปลี่ยนมีเทนในช่วงสเปกตรัม ( ดูการอภิปรายรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังในกระดาษ เส้นสเปคตรัมในการทดลองของเราส่วนใหญ่ bycollisions ออก ,ตั้งแต่การเป็นโฟโตลูมิเนสเซนต์ กว้างแคบกว่า lorentziancollisional อย่างน้อยเป็นปัจจัยที่ 5 ของแม้ที่ 1200 K . วิธีการที่เคย , เครื่องโฟโตลูมิเนสเซนต์บัญชีเพิ่มเติมขยาย ดังนั้นเราจึงใช้ขั้นตอนสำหรับการเริ่มต้นไว้ ดังต่อไปนี้ หลังจากที่กำหนดเส้นเงาสเปกตรัมของ individualmolecules ความด้วยความช่วยเหลือของ hitran [ 28 ] หรือ hitemp [ 29 ] ( ของ co2database ) รวมทั้งชนขยายและสาย shiftcoefficients . เส้นเข้ม S ( t ) ที่อุณหภูมิ t calculatedbased บนเส้นเข้มที่อ้างอิง hitran temperaturetref = 0 K :

( 3 ) เมื่อ E เป็นพลังงานของการเปลี่ยนแปลงระดับล่าง ,Q ( t ) เป็นหุ้น tition ฟังก์ชันจาก hitran ฐานข้อมูลและ c2is ที่ secondradiation คงที่ = HC / K = 1.4388 ซม. . . wavenumber   ถูกต้องสอดคล้องกับบรรทัดสเปกตรัมถูกกำหนดโดยใช้ pressureshift ıของช่วงการเปลี่ยนภาพ :
  ( 4 ) ดังนั้น สําหรับข้ามส่วน  (  ) คือ โดยให้
( 5 ) ซม (   , T , P ,  ) คือฟังก์ชัน lineshape lorentzian และ P ispressure :

( 6 )