3. Results and discussionFig. 4 dep

3. Results and discussion
Fig. 4 depicts a fragment of CO and CO2spectra calculated usingHITRAN [28] at the room temperature and at 1000 K.The spectral range shown in the figure is achievable with thelaser used in this work. The total intensity of each spectrumdecreases with increasing temperature, due to the dependency ofthe partition function. The observed total intensity of the absorp-tion spectrum also depends on the gas concentration, which is notknown and must be determined. Therefore, a temperature mea-surement can be made based on the relative intensities of variousrotational lines in the spectrum. The spectra shown in Fig. 4 arenormalized, so their total intensities are similar.The full spectral range shown in Fig. 4 is obtained by tuningthe laser with the L3 lens, as described in Section 2. The broadbandemission of the laser at a fixed L3 position covers a narrower spec-tral 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 depicts a fragment of CO and CO2spectra calculated usingHITRAN [28] at the room temperature and at 1000 K.The spectral range shown in the figure is achievable with thelaser used in this work. The total intensity of each spectrumdecreases with increasing temperature, due to the dependency ofthe partition function. The observed total intensity of the absorp-tion spectrum also depends on the gas concentration, which is notknown and must be determined. Therefore, a temperature mea-surement can be made based on the relative intensities of variousrotational lines in the spectrum. The spectra shown in Fig. 4 arenormalized, so their total intensities are similar.The full spectral range shown in Fig. 4 is obtained by tuningthe laser with the L3 lens, as described in Section 2. The broadbandemission of the laser at a fixed L3 position covers a narrower spec-tral 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) 2:

3. ผลการอภิปรายและ
รูป 4 แสดงให้เห็นว่าส่วนของ CO และ CO2spectra คำนวณ usingHITRAN [28] ที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 K.The ช่วงสเปกตรัมแสดงในรูปที่จะทำได้ด้วยเลเซอร์ที่ใช้ในงานนี้ ความรุนแรงรวมของ spectrumdecreases แต่ละคนมีอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอันเนื่องมาจากการพึ่งพา ofthe ฟังก์ชั่นพาร์ทิชัน สังเกตเห็นความรุนแรงทั้งหมดของสเปกตรัมดูดซับ-การยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของก๊าซซึ่งเป็น notknown และจะต้องได้รับการพิจารณา ดังนั้นอุณหภูมิของกฟน-surement สามารถทำได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของเส้นญาติ variousrotational ในสเปกตรัม สเปกตรัมแสดงในรูป 4 arenormalized เพื่อความเข้มของพวกเขาทั้งหมดเป็น similar.The ช่วงสเปกตรัมเต็มรูปแบบที่แสดงในรูป 4 จะได้รับโดยเลเซอร์ที่มีเลนส์ L3 tuningthe ที่อธิบายไว้ในมาตรา 2 broadbandemission ของเลเซอร์ในตำแหน่งที่คงที่ L3 ครอบคลุมช่วงข้อมูลจำเพาะ Tral แคบ 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 co2spectra คำนวณ usinghitran [ 28 ] ที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 K สเปกตรัมช่วงที่แสดงในรูปนี้ได้ด้วยการใช้ CCD ในงานนี้ โดยความเข้มของแต่ละ spectrumdecreases เพิ่มอุณหภูมิ เนื่องจากการพึ่งพาของพาร์ทิชันฟังก์ชันและความเข้มของ absorp tion สเปกตรัมทั้งหมดยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของแก๊ส ซึ่งเป็น notknown และต้องได้รับการพิจารณา ดังนั้น กฟน. surement อุณหภูมิได้ตามความเข้มของญาติ variousrotational เส้นในสเปกตรัม นี้แสดงในรูปที่ 4 arenormalized ดังนั้นความเข้ม ทั้งหมดของพวกเขามีความคล้ายคลึงกัน เต็มสเปกตรัมช่วงที่แสดงในฟิค4 ได้ tuningthe เลเซอร์กับเลนส์ L3 , ตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 2 การ broadbandemission ของเลเซอร์ในการแก้ไข L3 ตำแหน่งครอบคลุมแคบสเป็ค tral ช่วง 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 ,