CN201359597Y - 污染物大气分布廓线测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种污染物大气分布廓线测量仪，由光路接收装置、光纤、光谱仪、探测器、计算机、控制单元和步进电机组成，光路接收装置为望远镜筒，该望远镜筒由内壁涂黑的外壳、凸透镜和滤光片组成；光路接收装置与光谱仪通过光纤连接，光路接收装置的凸透镜焦点处为光纤的入射端，光纤的出射端与光谱仪的入射狭缝连接；光谱仪连接探测器，探测器通过电缆线连接计算机，控制单元连接计算机，控制单元连接步进电机，步进电机连接光路接收装置。本实用新型结构简单，便于移动，能适应复杂环境的监测工作，可广泛应用于对高层、低层以及整层大气成分的连续测量，提供污染气体在大气中垂直分布廓线，对城市和区域大气环境进行污染物二维分布研究。

Description

污染物大气分布廓线测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种污染物大气分布廓线测量仪。

背景技术

大气中的污染气体，如二氧化氮、二氧化硫、臭氧等在国内对人们健康影响是非常明显的。目前，为了对它们进行测量，常使用空气二氧化氮、二氧化硫、臭氧自动监测仪，长程差分吸收光谱气体污染监测装置和基于天顶散射光的被动差分光学吸收光谱仪。常规污染物自动监测仪器在监测时，仪器先将待测气体与某些物质进行化学反应，使其处于激发态，再利用其向基态跃迁时发射光强度与浓度成一定比例的关系，通过测量其发光强度来反演待测气体的浓度。每种仪器只能测量一种污染物，仪器维护工作量大。长程差分吸收光谱气体污染监测装置虽然可以同时测量多种污染物，测量区域较大，但设备比较庞大，而且垂直测量范围常常由于角反射镜被固定而受限。天顶散射光被动差分光学吸收光谱仪测量光谱范围广，可以同时测量多种大气成分，并可以测量高层大气，克服了上述长程差分吸收光谱气体污染监测装置只能对地面附近污染物进行测量的不足之处。但是天顶散射光被动差分光学吸收光谱仪只能对污染物在整层大气中的柱密度进行测量，不能对其分布廓线进行反演。

目前对大气污染物分布廓线的探测手段十分有限，主要有铁塔挂片采样分析、探空气球、系留汽艇、激光雷达探测等测量方法。这些探测手段都有其自身的缺陷：无法将大量自动观测仪器直接置于铁塔高处进行观测；探空气球每次携带几种测量仪器，其探测路线主要由当时的气象条件决定，探测范围受气象因素影响较大；系留汽艇探空时间分辨率低，成本高；激光雷达只能做气溶胶粒度谱垂直廓线反演。

加之城市地区由于高层建筑物存在给垂直分布的观测带来很大的难度，尤其是像北京、上海这样的特大城市，空中探测受到各种管制，观测点位选择也受到很多制约。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种利用自然光为光源、多俯仰角的污染物大气分布廓线测量仪。

本实用新型提出的污染物大气分布廓线测量仪，由光路接收装置1、光纤2、光谱仪3、探测器4、计算机5、控制单元6和步进电机7组成，其中，光路接收装置1为望远镜筒，该望远镜筒由内壁涂黑的外壳、凸透镜和滤光片组成；光路接收装置1与光谱仪3通过光纤2连接，光路接收装置1的凸透镜焦点处为光纤2的入射端，光纤2的出射端与光谱仪3的入射狭缝连接；光谱仪3连接探测器4，探测器4通过电缆线连接计算机5，控制单元6连接计算机5，控制单元6连接步进电机7，步进电机7连接光路接收装置1。

本实用新型中，所述光谱仪3由光栅、准直镜一体化装置构成。

本实用新型中，所述探测器4采用电荷耦合器CCD。

本实用新型中，所述光纤2采用紫外石英光纤。

相对于现有技术，本装置是利用采集不同俯仰角度的太阳散射光，分析太阳光在穿越平流层与边界层时被污染气体分子吸收情况。光线在平流层中传输的距离与仪器观测角度无关，但散射光在边界层中传输的距离却与仪器观测角度有关。依据不同观测角度测得的污染气体浓度和大气辐射传输模式相结合可以反演该种污染气体在大气中的分布廓线。由于测量光谱范围广，因此可以同时测量多种大气成分，克服了上述污染物自动监测仪的缺点；由于太阳光穿越整层大气，因此该技术可以测量高层大气，克服了上述长程差分吸收光谱气体污染监测装置只能对地面附近污染物进行测量的不足之处；由于仪器观测多角度顺序扫描，可以反演污染气体在大气中分布廓线，弥补被动天顶散射光差分吸收光谱技术只能对污染气体柱总量进行观测的不足。

由于仪器顺序扫描一个周期，测量光谱所需的采集时间是20分钟左右，具有较高的测量时间分辨率，克服了上述探空测量手段时测量分辨率低(一般每天测量一次)、测量成本高的缺点。相比于铁塔挂片等采样分析方法，本装置可以同时测量多种污染气体，设备简单、成本较低。

本实用新型结构简单，便于安装、移动，适合在复杂环境进行测量，能够获得污染气体在大气中的分布廓线。由于在工作过程中不需要任何耗材，运行成本极低，适合于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的一种基本结构示意图。

图中标号：1为光路接收装置，2为光纤，3为光谱仪，4为探测器，5为计算机，6为控制单元，7为步进电机。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型的优选方式进行进一步的描述。

参见图1，光路接收装置1是包括内壁涂黑的外壳、凸透镜和滤光片在内的望远镜筒，在凸透镜的焦点处有光纤2的入射端，光纤2将光路接收装置与光谱仪3相连，光纤2的出射端与光谱仪3的入射狭缝连接，光谱仪3由光栅、准直镜一体化装置构成，经过探测器4信号转换后，通过电缆线与控制计算机5相连，步进电机7受其控制单元6驱动，控制单元6与计算机5相连。

本实用新型的工作过程如下，光路接收装置1由步进电机7带动望远镜对多个不同俯仰角方向的散射光进行顺序扫描，收集从各方向散射下来的太阳散射光，经滤光片滤除不需要的成分，由凸透镜会聚在光纤2的入射端，经过光纤2的传输后，射入光谱仪3的入射狭缝，在光谱仪中经过准直、分光后由探测器4检测，光谱信号由电缆线传输到计算机5进行光谱处理，不同俯仰角的光谱反演结果再与大气辐射传输模式相结合就可以得出污染气体在大气中的分布廓线。

Claims (4)

1、一种污染物大气分布廓线测量仪，由光路接收装置(1)、光纤(2)、光谱仪(3)、探测器(4)、计算机(5)、控制单元(6)和步进电机(7)组成，其特征在于光路接收装置(1)为望远镜筒，该望远镜筒由内壁涂黑的外壳、凸透镜和滤光片组成；光路接收装置(1)与光谱仪(3)通过光纤(2)连接，光路接收装置(1)的凸透镜焦点处为光纤(2)的入射端，光纤(2)的出射端与光谱仪(3)的入射狭缝连接；光谱仪(3)连接探测器(4)，探测器(4)通过电缆线连接计算机(5)，控制单元(6)连接计算机(5)，控制单元(6)连接步进电机(7)，步进电机(7)连接光路接收装置(1)。

2、根据权利要求1所述的污染物大气分布廓线测量仪，其特征在于所述光谱仪(3)由光栅、准直镜一体化装置构成。

3、根据权利要求1所述的污染物大气分布廓线测量仪，其特征在于所述探测器(4)采用电荷耦合器CCD。

4、根据权利要求1所述的污染物大气分布廓线测量仪，其特征在于所述光纤(2)采用紫外石英光纤。

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