CN1865927A - 面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量方法与装置，在所要测量面污染源的下风向，采用移动平台载着差分吸收光谱系统，通过接收望远镜垂直于风向对烟羽剖面进行扫描测量，望远镜的镜筒端口安装有凸透镜，接收来自天顶方向的穿过污染物的太阳散射光，镜筒经过表面处理染黑减少杂散光，透镜后的光路中安装有滤光片除去可见光和红外光，然后透镜将接收光会聚到光纤的端头，光纤将光导入光谱仪，光谱仪对光进行色散后聚集在探测器CCD阵列的光敏面上，由探测器CCD阵列记录光谱，光谱经模数转换后进入计算机进行光谱解析计算，实现对面污染源污染气体排放通量的直接、快速测量。

Description

面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量方法与装置

技术领域

本发明属于一种光学遥测方法与装置，具体是一种面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量方法与装置。

背景技术

按排放污染物的空间分布方式，可分为点污染源和面污染源。面污染源指在较大面积范围排放污染物的一个或多个污染源，即指一个区域内污染源的集合。污染源排放通量或污染源清单数据需要及时掌握和更新，便于环境保护管理部门掌握真实环境状况，制定合理可行的减排方案，确保良好的环境质量。

目前对于面污染源的排放通量和总量的获取，是采用统计的方法，即首先把一个面源范围内划分为多个小的点排放源，通过调查掌握这些点排放源的能源消耗量S(如，燃煤多少吨，哪种类型煤)，然后用能源消耗量乘以特定生产条件下污染排放因子K(即排放量/单位能源量，如：每吨煤排放多少SO₂、或NO₂，这可以通过实验或方献获取)，为获得总排放通量，将获得的各个小污染源的排放量加和，便得到面源(区域)的总污染排放通量。

$\mathrm{\Φ}=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{S}_j{\·K}_j$

这种传统面污染源排放通量的获得需要进行污染源清单调查，耗时费力，而且调查所获数据的误差不确定性很大，特别是在经济发展快的地方，数据需要不断更新，这使得污染源排放通量的及时获得成为一个难题。

发明内容

本发明的目的是实现对面污染源污染气体排放通量的快速、直接测量，提出全新的面污染源排放量的测量方法——光学遥测方法，即面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量方法与装置，对面源排放通量进行遥测获取污染气体排放通量的方法，不需要任何的统计数据。该遥测方法为面污染源(也包括点污染源)，如：工业厂区、燃煤供热厂区，提供了一种可行而有效的测量方法与装置。

面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量方法，其特征在于在所要测量面污染源的下风向，采用移动平台载着差分吸收光谱系统，通过接收望远镜垂直于风向对烟羽剖面进行扫描测量，望远镜的镜筒端口安装有凸透镜，接收来自天顶方向的穿过污染物的太阳散射光，镜筒经过表面处理染黑减少杂散光，透镜后的光路中安装有滤光片除去可见光和红外光，然后透镜将接收光会聚到光纤的端头，光纤将光导入光谱仪，光谱仪对光进行色散后聚集在探测器CCD阵列的光敏面上，由探测器CCD阵列记录光谱，光谱经模数转换后进入计算机进行光谱解析，获得污染气体的垂直柱密度(VCD)，已知风向、垂直于运动方向的风速(V_风，⊥)和车速(V_车)和扫描整个烟羽的时间(Δt)，则单位时间内污染物的排放通量可由下式表示：

             Flux＝VCD·V_车·V_风，⊥·Δt。

面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量装置，其特征在于包括有接收望远镜，光谱仪，风向和风速测量仪，GPS系统，计算机，接收望远镜的镜筒端口安装有凸透镜，镜筒经过表面处理染黑减少杂散光，透镜的焦点处安装有光纤端头，光纤端头和透镜之间依次安装有可见光、红外光滤光片，光纤接入到光谱仪，经过光谱仪对接收光进行色散后的出射光会聚到探测器CCD阵列的光敏面上，探测器CCD阵列、风向和风速测量仪、GPS系统和计算机之间实现通信联接。

本发明的主要特点在于：1、采用被动差分吸收光谱方法，以散射太阳光作光源来获取排放烟羽剖面密度；2、对烟羽剖面快速垂直扫描的望远镜；3、SO₂、NO₂等多种污染成分同时检测；4、GPS准确定位，获取扫描速率。

发明效果

采用被动差分吸收光谱方法和垂直扫描的差分吸收光谱系统，实现对面污染源污染气体排放通量的直接、快速测量，为掌握各类生产、生活活动产生的污染气体排放提供了有力的测量手段，为环境保护部门掌握污染水平和制定减排措施提供技术支持。

附图说明

图1为被动差分吸收光谱测量烟羽原理示意。

图2为被动差分吸收光谱测量系统。

具体实施方式参见图1、图2。

被动差分吸收光谱测量烟羽的原理如图1所示。在所要测量的面污染源的下风向，采用移动平台(如：汽车)载着差分吸收光谱系统，垂直于风向对烟羽剖面进行扫描测量，通过差分吸收光谱解析方法分析得到烟羽的垂直柱密度(VCD)，已知风向、垂直于运动方向的风速(V_风，⊥)和车速(V_车)和扫描整个烟羽的时间(Δt)，则单位时间内污染物的排放通量可由下式表示：

                 Flux＝VCD·V_车·V_风，⊥·Δt

被动差分吸收光谱系统组成及结构如图2所示。望远镜1垂直瞄准天空，接收天顶方向散射的太阳光，来自天顶方向的太阳光穿过污染气体进入望远镜系统，透镜2将接收光会聚到光纤5的端头，望远镜筒的壳体3进行表面处理染黑从而减少杂散光，滤光片4滤除可见光和红外光，让紫外光透过，光纤将光导入光谱仪6，光谱仪6进行对光进行色散后聚集在探测器CCD阵列7的光敏面上，由阵列CCD记录光谱，光谱经模数转换后进入计算机10进行光谱解析，获得污染气体的垂直柱密度信息。GPS系统8，记录望远镜对烟羽进行扫描的速率，风向和风速测量仪9，记录测量时的风场信息，所有信息汇集到计算机进行排放通量的计算。本方法的关键是采用差分吸收光谱系统通过对烟羽扫描来获得气体的柱密度，进而结合其它参数，计算出面源的排放通量，由于采用光谱方法，可以同时获得多种污染物的排放。

Claims (2)

1、面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量方法，其特征在于在所要测量面污染源的下风向，采用移动平台载着差分吸收光谱系统，通过接收望远镜垂直于风向对烟羽剖面进行扫描测量，望远镜的镜筒端口安装有凸透镜，接收来自天顶方向的穿过污染物的太阳散射光，镜筒经过表面处理染黑减少杂散光，透镜后的光路中安装有滤光片除去可见光和红外光，然后透镜将接收光会聚到光纤的端头，光纤将光导入光谱仪，光谱仪对光进行色散后聚集在探测器CCD阵列的光敏面上，由探测器CCD阵列记录光谱，光谱经模数转换后进入计算机进行光谱解析，获得污染气体的垂直柱密度(VCD)，已知风向、垂直于运动方向的风速(V_风，⊥)和车速(V_车)和扫描整个烟羽的时间(Δt)，则单位时间内污染物的排放通量可由下式表示：

        Flux＝VCD·V_车·V_风，⊥·Δt。

2、面污染源排放通量的被动差分吸收光谱测量装置，其特征在于包括有接收望远镜，光谱仪，风向和风速测量仪，GPS系统，计算机，接收望远镜的镜筒端口安装有凸透镜，镜筒经过表面处理染黑减少杂散光，透镜的焦点处安装有光纤端头，光纤端头和透镜之间依次安装有可见光、红外光滤光片，光纤接入到光谱仪，经过光谱仪对接收光进行色散后的出射光会聚到探测器CCD阵列的光敏面上，探测器CCD阵列、风向和风速测量仪、GPS系统和计算机之间实现通信联接。