CN102507478A - 被动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统及方法 - Google Patents

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周海金
刘文清
司福祺
刘进
窦科
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Abstract

本发明公开了一种被动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统及方法，设置一个接收望远镜，接收望远镜正前方安装有漫反射板A，接收望远镜与漫反射板A之间安装有漫反射板B，漫反射板A与漫反射板B平行，漫反射板B的基板下端连接有转轴，控制电机旋转，漫反射板B从接收望远镜的接收光路中切入与切出，接收望远镜采集到的漫反射板A、B反射的太阳光分别通过光纤传输到光谱仪，进入光谱仪的散射光在完成色散、光电转化与数字化后通过USB线传输到计算机中存储，利用差分吸收光谱方法解析计算污染气体浓度。本发明结合了现有的主动、被动差分吸收光谱技术的优点，不但系统结构简单，而且弥补了现有技术中主动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统中人工光源寿命低，功耗高，角反射镜安装困难的缺点。

Description

被动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统及方法
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，具体是一种用于大气环境监测的基于太阳散光的被动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统与方法。
背景技术
现有的监测气体污染的差分吸收光谱技术，按照光源不同可以分为：利用太阳的散射光的被动多轴差分吸收光谱技术；利用氙灯、LED等人工光源的长程差分吸收光谱技术。被动多轴差分吸收光谱技术优点是结构简单，功耗低；缺点是要求仪器观测方向无建筑物遮挡，安装地点选择存在限制，测量值是污染气体的整层柱浓度分布，难以监测地表气体浓度。长程差分吸收光谱技术通过光源的发射、接收，能够快速监测光程内气体浓度变化，但包括光源的发射、接收装置，结构复杂；配套的角反射镜安装不方便；使用的人工光源寿命低，功耗高。
发明内容
本发明的目的是为了结合现有的差分吸收光谱技术，发明一种利用太阳光和漫反射板的差分吸收光谱气体污染监测系统及方法。该系统利用放置在远处的漫反射板反射太阳光，再利用望远镜接收系统接获取反射光。通过对采集的光谱信号分析，利用差分吸收光谱算法，可获取望远镜和漫反射板之间的污染气体浓度情况，实现对气体污染的快速监测。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
被动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统，其特征在于：所述系统设置一个接收望远镜，所述接收望远镜正前方安装有漫反射板A，所述接收望远镜与漫反射板A之间安装有漫反射板B，所述漫反射板A与漫反射板B平行，漫反射板B的基板下端连接有转轴，控制电机旋转，漫反射板B从接收望远镜的接收光路中切入与切出，所述接收望远镜采集到的漫反射板A、B反射的太阳光分别通过光纤传输到光谱仪，进入光谱仪的散射光在完成色散、光电转化与数字化后通过USB线传输到计算机中存储、计算、对比。
所述漫反射板A距离接收望远镜100-400m，漫反射板B距离接收望远镜0.2m，漫反射板A、B的材料是聚四氟乙烯，所述接收望远镜采集漫反射板B反射的太阳光分用来测量参考光谱，所述接收望远镜采集漫反射板A反射的太阳光用来测量大气吸收光谱。利用测量的大气吸收光谱和参考光谱，基于差分吸收光谱方法解析漫反射板A、B之间的污染气体浓度。
本发明的主要优点是： 
1、本发明基于太阳光漫反射板的污染气体监测方法，结合了现有的主动、被动差分吸收光谱技术的优点，不但系统结构简单，而且弥补了现有技术中主动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统中。
2、本发明电机控制的漫反射组件，实现不同距离的漫反射板组件的交替测量，解决了由于太阳光信息变化给测量带来误差的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，漫反射板A与接收望远镜1的距离是100-400m，漫反射板B与接收望远镜1的距离是0.2m，调整漫反射板B至和漫反射板A平行，调整接收望远镜1，观测到漫反射板A。测量参考谱时，控制电机3旋转，将漫反射板B切入光路，接收望远镜1采集漫反射板B反射的太阳光2，通过光纤4传输到光谱仪5；测量大气谱时，控制电机3旋转，将漫反射板B切出光路，接收望远镜1集漫反射板A反射的太阳光2，通过光纤4传输到光谱仪5。进入光谱仪5的散射光在完成色散、光电转化与数字化后通过USB线传导到计算机6中存储、计算、对比。利用测量的大气吸收光谱和参考光谱，基于差分吸收光谱方法解析漫反射板A、B之间的污染气体浓度,，实现对气体污染的快速监测。

Claims (4)

1.被动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统，其特征在于：所述系统设置一个接收望远镜，所述接收望远镜正前方安装有漫反射板A，所述接收望远镜与漫反射板A之间安装有漫反射板B，所述漫反射板A与漫反射板B平行，漫反射板B的基板下端连接有转轴，控制电机旋转，漫反射板B从接收望远镜的接收光路中切入与切出，所述接收望远镜采集到的漫反射板A、B反射的太阳光分别通过光纤传输到光谱仪，进入光谱仪的散射光在完成色散、光电转化与数字化后通过USB线传输到计算机中存储、计算、对比。
2.根据权利要求1所述的被动式长程差分吸收光谱气体污染监测系统，其特征在于：所述漫反射板A距离接收望远镜100-400m，漫反射板B距离接收望远镜0.2m，漫反射板A、B的材料是聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的被动式长程差分吸收光谱气体污染监测方法，其特征在于：所述接收望远镜采集漫反射板B反射的太阳光用来测量参考光谱，所述接收望远镜采集漫反射板A反射的太阳光用来测量大气吸收光谱。
4.根据权利要求1或3所述的被动式长程差分吸收光谱气体污染监测方法，其特征在于：结合太阳散射光和漫反射板，利用测量的大气吸收光谱和参考光谱，基于差分吸收光谱方法解析漫反射板A、B之间的污染气体浓度。
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