CN110031421A - 一种大气二氧化碳高空探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大气科学与环境科学技术领域，且公开了一种大气二氧化碳高空探测仪，包括探测仪壳体，所述探测仪壳体的竖直侧壁开设有第一通孔，且第一通孔内固定连接有第一采样管，所述第一采样管位于探测仪壳体外的一端固定连接有第一进气阀，所述第一进气阀远离第一采样管的一端固定连接有低浓度标准进气管，所述第一采样管的内壁固定连接有第一安装筒，所述第一安装筒的内壁固定连接有第一过滤膜，所述探测仪壳体的竖直侧壁开设有第二通孔。该大气二氧化碳高空探测仪，能够精确的得出二氧化碳浓度的垂直分布数据，有效的提高了探测的精准度，降低了全球大气二氧化碳浓度的监测的成本，有利于提高气候变化研究、碳交易等工作的研究进程。

Description

一种大气二氧化碳高空探测仪

技术领域

本发明涉及大气科学与环境科学技术领域，具体为一种大气二氧化碳高空探测仪。

背景技术

随工业化发展, 二氧化碳的排放量在逐年递增。大气中二氧化碳含量的增加会造成大气捕获更多长辐射的能量, 进而增强温室效应。当前人们还不完全明白二氧化碳-生物圈如何相互作用，另外，尚不完全明白自然界碳元素循环确切机制。现代科学认为二氧化碳浓度的增加，会使得温室效应增强，导致全球平均气温升高、永久积雪与冰川的融化、海平面上升使大气、海洋环流规律发生变化，加剧“厄尔尼诺”和“玛尼娜”现象,导致自然灾害频繁发生。因此, 在全球范围内高精度地监测二氧化碳浓度, 获取可靠的观测数据, 已成为开展气候变化研究、碳交易等工作首要关键方面。

目前，二氧化碳的观测主要为地面和高塔探测，依赖分布在世界不同地区的联合采样监测网进行观测，但无法精确的测量二氧化碳的垂直分布；卫星观测反演精度不够；地基的激光雷达可以垂直观测二氧化碳浓度的垂直廓线，但由于大气散射和感应元器件的灵敏度，不能十分精确的获得二氧化碳浓度的垂直分布数据。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种大气二氧化碳高空探测仪，具备能够精确获取二氧化碳浓度的垂直分布数据的优点，解决了现有技术中检测设备无法精确获取二氧化碳浓度的垂直分布数据的问题。

（二）技术方案

为实现上述能够精确获取二氧化碳浓度的垂直分布数据的目的，本发明提供如下技术方案：一种大气二氧化碳高空探测仪，包括探测仪壳体，所述探测仪壳体的竖直侧壁开设有第一通孔，且第一通孔内固定连接有第一采样管，所述第一采样管位于探测仪壳体外的一端固定连接有第一进气阀，所述第一进气阀远离第一采样管的一端固定连接有低浓度标准进气管，所述第一采样管的内壁固定连接有第一安装筒，所述第一安装筒的内壁固定连接有第一过滤膜，所述探测仪壳体的竖直侧壁开设有第二通孔，且第二通孔的孔壁固定连接有第二采样管，所述第二采样管的一端固定连接有第二进气阀，所述第二进气阀远离第二采样管的一端固定连接有高浓度标准进气管，所述第二采样管的内壁固定连接有第二安装筒，所述第二安装筒的内壁固定连接有第二过滤膜，所述探测仪壳体的竖直侧壁开设有第三通孔，且第三通孔的孔壁固定连接有第三采样管，所述第三采样管的内壁固定连接有第三安装筒，所述第三安装筒的内壁固定连接有分离过滤膜，所述探测仪壳体的内壁通过连接块固定连接有集气管，所述集气管与第一采样管、第二采样管和第三采样管固定连通，所述集气管的管壁固定连通有第一导管，所述第一导管远离集气管的一端固定连接有电磁阀，所述电磁阀的出气口固定连接有第二导管，所述探测仪壳体的内壁固定连接有两个支撑杆，两个所述支撑杆的一端固定连接有同一个溶蚀器，所述溶蚀器内填充有干燥剂，所述溶蚀器与第二导管固定连通，所述探测仪壳体的内壁固定连接有支撑柱，所述支撑柱的一端固定连接有测量器，所述测量器与溶蚀器之间通过导气管固定连通，所述探测仪壳体的内壁固定连接有信号放大转换器，所述测量器与信号放大转换器通过电信号连接，所述探测仪壳体的内壁固定连接有微型气泵，所述测量器的外壁固定连通有与微型气泵固定连通的出气管，所述微型气泵的出气口固定连接有排气管，所述探测仪壳体的外壁开设有第四通孔，所述排气管通过第四通孔伸出探测仪壳体。

优选的，所述探测仪壳体上侧的侧壁固定连接有多根连接绳，多个所述连接绳远离探测仪壳体的一端固定连接有高空气球。

优选的，所述探测仪壳体下侧的外壁对称固定连接有两个安装板，两个所述安装板之间固定连接有同一个螺纹杆，所述螺纹杆的杆壁螺纹套设有螺纹筒，所述螺纹筒的具体材质为不锈钢，所述螺纹筒的外壁固定连接有配重球。

优选的，所述测量器包括与导气管固定连接的玻璃管，所述玻璃管底部的内壁固定连接有脉冲红外光源，所述玻璃管上侧的侧壁固定连接有光电探测器，所述光电探测器通过电信号与信号放大转换器电连接。

优选的，所述低浓度标准进气管的标准二氧化碳浓度为370ppm，所述高浓度标准进气管的标准二氧化碳浓度为400ppm。

优选的，所述第一过滤膜、第二过滤膜和分离过滤膜均为孔径0.45μm的水性过滤膜，所述干燥剂的具体材质为高氯酸镁。

优选的，所述探测仪壳体的外壁固定连接有泡沫保温外壳。

优选的，所述玻璃管的内壁镀有金膜，所述金膜的长度为80-150mm，所述金膜的内径为6-15mm。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种大气二氧化碳高空探测仪，具备以下有益效果：

1、该大气二氧化碳高空探测仪，通过探测仪壳体、第一采样管、低浓度标准进气管、第一进气阀、第二进气阀、第一安装筒、第一过滤膜、第二采样管、高浓度标准进气管、第二安装筒、第二过滤膜、第三采样管、第三安装筒、分离过滤膜、集气管、第一导管、电磁阀、第二导管、支撑杆、溶蚀器、干燥剂、支撑柱、导气管、信号放大转换器、微型气泵、出气管和排气管，使用时，控制微型气泵工作，微型气泵进行抽气，打开第一进气阀，从低浓度标准的二氧化碳存储设备中抽取标准二氧化碳气体，进行采样分析保存数据；打开第二进气阀，关闭第一进气阀，从高浓度标准的二氧化碳存储设备中抽取标准二氧化碳气体，进行采样分析保存数据；将探测仪放入高空后，微型气泵抽取空气进入第三采样管，经过分离过滤膜过滤后成为纯净气态物质，采集的气体进入集气管，通过集气管进入第一导管，通过第一导管进入第二导管，通过第二导管进入溶蚀器，干燥剂对气体进行干燥，干燥后的气体通过导气管进入玻璃管，经脉冲红外光源照射后使用光电探测器配合电信号与信号放大转换器进行检测，检测完成后的气体通过微型气泵排出，完成对大气二氧化碳浓度的检测，将检测数据与保存的数据进行对比分析，能够对大气中对二氧化碳的浓度进行测量，通过对大气不同梯度的二氧化碳浓度进行测量，能够精确的得出二氧化碳浓度的垂直分布数据，有效的提高了探测的精准度。

2、该大气二氧化碳高空探测仪，本探测仪相较于地面激光雷达、高塔探测设备和卫星探测，结构原理十分简单，相较于上述探测方法，成本大幅度降低，且探测效果也相对较好，有效的提高了本探测仪的性价比，有利于探测仪的推广，降低了全球大气二氧化碳浓度的监测的成本，有利于提高气候变化研究、碳交易等工作的研究进程。

附图说明

图1为本发明提出的一种大气二氧化碳高空探测仪的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部结构放大图；

图3为图1中B部分的局部结构放大图；

图4为本发明提出的一种大气二氧化碳高空探测仪的工作原理图。

图中：1探测仪壳体、2第一采样管、3低浓度标准进气管、4第一安装筒、5第一过滤膜、6第二采样管、7高浓度标准进气管、8第二安装筒、9第二过滤膜、10第三采样管、11第三安装筒、12分离过滤膜、13集气管、14第一导管、15电磁阀、16第二导管、17支撑杆、18溶蚀器、19干燥剂、20支撑柱、21导气管、22信号放大转换器、23微型气泵、24出气管、25排气管、26连接绳、27高空气球、28安装板、29螺纹杆、30螺纹筒、31玻璃管、32脉冲红外光源、33光电探测器、34配重球、35金膜、36第一进气阀、37第二进气阀、38泡沫保温外壳。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种大气二氧化碳高空探测仪，包括探测仪壳体1，探测仪壳体1的竖直侧壁开设有第一通孔，且第一通孔内固定连接有第一采样管2，第一采样管2位于探测仪壳体1外的一端固定连接有第一进气阀36，第一进气阀36远离第一采样管2的一端固定连接有低浓度标准进气管3，第一采样管2的内壁固定连接有第一安装筒4，第一安装筒4的内壁固定连接有第一过滤膜5，探测仪壳体1的竖直侧壁开设有第二通孔，且第二通孔的孔壁固定连接有第二采样管6，第二采样管6的一端固定连接有第二进气阀37，第二进气阀37远离第二采样管6的一端固定连接有高浓度标准进气管7，第二采样管6的内壁固定连接有第二安装筒8，第二安装筒8的内壁固定连接有第二过滤膜9，探测仪壳体1的竖直侧壁开设有第三通孔，且第三通孔的孔壁固定连接有第三采样管10，第三采样管10的内壁固定连接有第三安装筒11，第三安装筒11的内壁固定连接有分离过滤膜12，探测仪壳体1的内壁通过连接块固定连接有集气管13，集气管13与第一采样管2、第二采样管6和第三采样管10固定连通，集气管13的管壁固定连通有第一导管14，第一导管14远离集气管13的一端固定连接有电磁阀15，电磁阀15的出气口固定连接有第二导管16，探测仪壳体1的内壁固定连接有两个支撑杆17，两个支撑杆17的一端固定连接有同一个溶蚀器18，溶蚀器18内填充有干燥剂19，溶蚀器18与第二导管16固定连通，探测仪壳体1的内壁固定连接有支撑柱20，支撑柱20的一端固定连接有测量器，测量器与溶蚀器18之间通过导气管21固定连通，探测仪壳体1的内壁固定连接有信号放大转换器22，测量器与信号放大转换器22通过电信号连接，探测仪壳体1的内壁固定连接有微型气泵23，测量器的外壁固定连通有与微型气泵23固定连通的出气管24，微型气泵23的出气口固定连接有排气管25，探测仪壳体1的外壁开设有第四通孔，排气管25通过第四通孔伸出探测仪壳体1。

探测仪壳体1上侧的侧壁固定连接有多根连接绳26，多个连接绳26远离探测仪壳体1的一端固定连接有高空气球27。

探测仪壳体1下侧的外壁对称固定连接有两个安装板28，两个安装板28之间固定连接有同一个螺纹杆29，螺纹杆29的杆壁螺纹套设有螺纹筒30，螺纹筒30的具体材质为不锈钢，螺纹筒30的外壁固定连接有配重球34，提高螺纹筒30的平衡效果。

测量器包括与导气管21固定连接的玻璃管31，玻璃管31底部的内壁固定连接有脉冲红外光源32，玻璃管31上侧的侧壁固定连接有光电探测器33，光电探测器33通过电信号与信号放大转换器22电连接。

低浓度标准进气管3的标准二氧化碳浓度为370ppm，高浓度标准进气管7的标准二氧化碳浓度为400ppm。

第一过滤膜5、第二过滤膜9和分离过滤膜12均为孔径0.45μm的水性过滤膜，0.45μm的水性过滤膜能够有效的将空气中的气体、液体和固体进行分离得到纯净气化物质，干燥剂19的具体材质为高氯酸镁，高氯酸镁能够快速的干燥气体且不会影响二氧化碳的性质。

探测仪壳体1的外壁固定连接有泡沫保温外壳38，泡沫保温外壳38能够保证探测仪在高温环境中正常工作。

玻璃管31的内壁镀有金膜35，金膜35的长度为80-150mm，金膜35的内径为6-15mm，金膜35能够防止外界光线干扰二氧化碳的检测。

综上所述，该大气二氧化碳高空探测仪，使用时，控制微型气泵23工作，微型气泵23进行抽气，打开第一进气阀36，从低浓度标准的二氧化碳存储设备中抽取标准二氧化碳气体，进行采样分析保存数据；打开第二进气阀37，关闭第一进气阀36，从高浓度标准的二氧化碳存储设备中抽取标准二氧化碳气体，进行采样分析保存数据；将探测仪放入高空后，微型气泵23抽取空气进入第三采样管10，经过分离过滤膜12过滤后成为纯净气态物质，采集的气体进入集气管13，通过集气管13进入第一导管14，通过第一导管14进入第二导管16，通过第二导管16进入溶蚀器18，干燥剂19对气体进行干燥，干燥后的气体通过导气管21进入玻璃管31，经脉冲红外光源32照射后使用光电探测器33配合电信号与信号放大转换器22进行检测，检测完成后的气体通过微型气泵23排出，完成对大气二氧化碳浓度的检测，能够对大气中对二氧化碳的浓度进行测量，通过对大气不同梯度的二氧化碳浓度进行测量，能够精确的得出二氧化碳浓度的垂直分布数据，有效的提高了探测的精准度；本探测仪相较于地面激光雷达、高塔探测设备和卫星探测，结构原理十分简单，相较于上述探测方法，成本大幅度降低，且探测效果也相对较好，有效的提高了本探测仪的性价比，有利于探测仪的推广，降低了全球大气二氧化碳浓度的监测的成本，有利于提高气候变化研究、碳交易等工作的研究进程。

需要说明的是，术语“包括”，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种大气二氧化碳高空探测仪，包括探测仪壳体（1），其特征在于，所述探测仪壳体（1）的竖直侧壁开设有第一通孔，且第一通孔内固定连接有第一采样管（2），所述第一采样管（2）位于探测仪壳体（1）外的一端固定连接有第一进气阀（36），所述第一进气阀（36）远离第一采样管（2）的一端固定连接有低浓度标准进气管（3），所述第一采样管（2）的内壁固定连接有第一安装筒（4），所述第一安装筒（4）的内壁固定连接有第一过滤膜（5），所述探测仪壳体（1）的竖直侧壁开设有第二通孔，且第二通孔的孔壁固定连接有第二采样管（6），所述第二采样管（6）的一端固定连接有第二进气阀（37），所述第二进气阀（37）远离第二采样管（6）的一端固定连接有高浓度标准进气管（7），所述第二采样管（6）的内壁固定连接有第二安装筒（8），所述第二安装筒（8）的内壁固定连接有第二过滤膜（9），所述探测仪壳体（1）的竖直侧壁开设有第三通孔，且第三通孔的孔壁固定连接有第三采样管（10），所述第三采样管（10）的内壁固定连接有第三安装筒（11），所述第三安装筒（11）的内壁固定连接有分离过滤膜（12），所述探测仪壳体（1）的内壁通过连接块固定连接有集气管（13），所述集气管（13）与第一采样管（2）、第二采样管（6）和第三采样管（10）固定连通，所述集气管（13）的管壁固定连通有第一导管（14），所述第一导管（14）远离集气管（13）的一端固定连接有电磁阀（15），所述电磁阀（15）的出气口固定连接有第二导管（16），所述探测仪壳体（1）的内壁固定连接有两个支撑杆（17），两个所述支撑杆（17）的一端固定连接有同一个溶蚀器（18），所述溶蚀器（18）内填充有干燥剂（19），所述溶蚀器（18）与第二导管（16）固定连通，所述探测仪壳体（1）的内壁固定连接有支撑柱（20），所述支撑柱（20）的一端固定连接有测量器，所述测量器与溶蚀器（18）之间通过导气管（21）固定连通，所述探测仪壳体（1）的内壁固定连接有信号放大转换器（22），所述测量器与信号放大转换器（22）通过电信号连接，所述探测仪壳体（1）的内壁固定连接有微型气泵（23），所述测量器的外壁固定连通有与微型气泵（23）固定连通的出气管（24），所述微型气泵（23）的出气口固定连接有排气管（25），所述探测仪壳体（1）的外壁开设有第四通孔，所述排气管（25）通过第四通孔伸出探测仪壳体（1）。

2.根据权利要求1所述的一种大气二氧化碳高空探测仪，其特征在于：所述探测仪壳体（1）上侧的侧壁固定连接有多根连接绳（26），多个所述连接绳（26）远离探测仪壳体（1）的一端固定连接有高空气球（27）。

3.根据权利要求1所述的一种大气二氧化碳高空探测仪，其特征在于：所述探测仪壳体（1）下侧的外壁对称固定连接有两个安装板（28），两个所述安装板（28）之间固定连接有同一个螺纹杆（29），所述螺纹杆（29）的杆壁螺纹套设有螺纹筒（30），所述螺纹筒（30）的具体材质为不锈钢, 所述螺纹筒（30）的外壁固定连接有配重球（34）。

4.根据权利要求1所述的一种大气二氧化碳高空探测仪，其特征在于：所述测量器包括与导气管（21）固定连接的玻璃管（31），所述玻璃管（31）底部的内壁固定连接有脉冲红外光源（32），所述玻璃管（31）上侧的侧壁固定连接有光电探测器（33），所述光电探测器（33）通过电信号与信号放大转换器（22）电连接。

5.根据权利要求1所述的一种大气二氧化碳高空探测仪，其特征在于：所述低浓度标准进气管（3）的标准二氧化碳浓度为370ppm，所述高浓度标准进气管（7）的标准二氧化碳浓度为400ppm。

6.根据权利要求1所述的一种大气二氧化碳高空探测仪，其特征在于：所述第一过滤膜（5）、第二过滤膜（9）和分离过滤膜（12）均为孔径0.45μm的水性过滤膜，所述干燥剂（19）的具体材质为高氯酸镁。

7.根据权利要求1所述的一种大气二氧化碳高空探测仪，其特征在于：所述探测仪壳体（1）的外壁固定连接有泡沫保温外壳（38）。

8.根据权利要求4所述的一种大气二氧化碳高空探测仪，其特征在于：所述玻璃管（31）的内壁镀有金膜（35），所述金膜（35）的长度为80-150mm，所述金膜（35）的内径为6-15mm。