CN212432974U - 一种二氧化氮测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及大气污染物探测领域，具体涉及一种二氧化氮测量装置，所述二氧化氮测量装置包括测量模块、温控模块以及控制模块；所述测量模块用于采集气体、利用吸收光谱法对采集的气体进行二氧化氮浓度检测；所述温控模块包括第一温控单元以及第二温控单元，所述第一温控单元用于所述测量模块外围温度的控制，所述第二温控单元用于所述测量模块的光源的温度控制；所述控制模块与所述测量模块、所述温控模块电连接，用于所述测量模块以及所述温控模块的工作控制。本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置通过设置测量模块采用吸收光谱法检测二氧化氮浓度，通过设置温控模块可以监控测量模块外围温度以及光源温度，本实用新型适用于高海拔地区。

Description

一种二氧化氮测量装置

技术领域

本实用新型涉及大气污染物探测领域，具体涉及一种二氧化氮测量装置。

背景技术

二氧化氮是大气主要污染物之一，主要来源于交通、工业生产、生物质燃烧等燃烧过程，影响着区域空气质量和大气化学反应，准确测量其在大气中的浓度对空气质量监测和大气化学反应的研究有着重要意义。在高海拔地区，人类活动显著地减少，大气中二氧化氮的浓度水平范围为几十pptv-几个pptv，并且环境温度波动大，对测量系统的灵敏度和稳定性要求高。至今尚未有可靠的测量装置被报道用于高海拔地区二氧化氮浓度的长期有效监测，这也制约了高海拔地区相关研究的开展。

目前常规的二氧化氮测量装置多采用一氧化氮与臭氧反应的化学发光法，如美国赛默飞公司的42i型氮氧化物分析仪，瑞士ECO Physics公司的nCLD型氮氧化物分析仪，澳大利亚ECOTECH公司的EC9841型氮氧化物分析仪，以及我国聚光科技和武汉天虹等公司推出的氮氧化物分析仪。尽管这类装置已广泛应用于业务观测，但是基于化学发光法测量二氧化氮气体，会受到转化或滴定效率，以及大气中其他含氮物质干扰等因素的影响，探测灵敏度和准确度不足，因此无法满足高海拔地区的监测要求。

近期发展的高灵敏谐振腔光谱技术，如腔衰荡吸收光谱技术，腔衰减相移光谱技术和腔增强吸收光谱技术，能实现二氧化氮浓度的直接测量，探测灵敏度高且不受转化或滴定效率的影响。例如基于腔衰荡吸收光谱技术发展的氮氧化物测量系统(Environ.Sci.Technol.2009，43，7831-7836)，基于腔衰减相移光谱技术发展的二氧化氮测量系统(Anal.Chem.2005，77，724-728)，以及基于腔增强吸收光谱技术发展的二氧化氮测量系统(Opt.Express.2017，25，26910-26922)和氮氧化物测量系统(中国实用新型专利：CN200511003186.7)，二氧化氮的探测灵敏度好于50pptv。上述系统的探测灵敏度通常是在低海拔的实验室评估获得的，不能反映实际运行环境条件的仪器性能。此外，上述系统也未考虑环境温度波动的影响，因此也难以满足昼夜温差波动较大的高海拔地区的二氧化氮的准确测量。

由此可见，常规的基于化学发光法的二氧化氮测量装置存在灵敏度不足等问题，而现有的基于高灵敏度谐振腔技术的二氧化氮测量装置存在环境温度变化影响等问题，均无法满足高海拔地区二氧化氮的长期准确监测，因此亟需一种应用于高海拔地区的高灵敏度二氧化氮测量装置。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种二氧化氮测量装置，旨在解决常规的基于化学发光法的二氧化氮测量装置存在灵敏度不足等问题，而现有的基于高灵敏度谐振腔技术的二氧化氮测量装置存在环境温度变化影响等问题，均无法满足高海拔地区二氧化氮的长期准确监测，因此亟需一种应用于高海拔地区的高灵敏度二氧化氮测量装置。

本实用新型实施例是这样实现的，一种二氧化氮测量装置，所述二氧化氮测量装置包括测量模块、温控模块以及控制模块；

所述测量模块用于采集气体、利用吸收光谱法对采集的气体进行二氧化氮浓度检测；

所述温控模块包括第一温控单元以及第二温控单元，所述第一温控单元用于所述测量模块外围温度的控制，所述第二温控单元用于所述测量模块的光源的温度控制；

所述控制模块与所述测量模块、所述温控模块电连接，用于所述测量模块以及所述温控模块的工作控制。

优选地，所述测量模块包括气体采集单元、光学谐振单元、光源单元以及光谱检测单元；

所述采集单元与所述光学谐振单元连接，用于向所述光学谐振单元输送气体；

所述光学谐振单元用于对所述气体进行照射；

所述光源单元与所述光学谐振单元的一端连接，用于为所述光学谐振单元提供光源；

所述光谱检测单元与所述光学谐振单元的另一端连接，用于获取经过所述光学谐振单元的光的光谱，并由所述光谱确定被测气体的二氧化氮浓度。

优选地，所述气体采集单元包括进气子单元以及排气子单元；

所述进气子单元包括三通电磁阀、粒子过滤器以及二氧化氮吸附器；所述三通电磁阀的两个入口分别连接有背景气进气管和样气进气管，所述背景气进气管上连接有所述二氧化氮吸附器；所述三通电磁阀的出口通过管道与所述粒子过滤器的入口连接，所述粒子过滤器的出口与所述光学谐振单元的进气口连接；

所述排气子单元包括通过管道依次连接的气压计、质量流量计以及真空泵，所述排气子单元与所述光学谐振单元的出气口连接。

优选地，所述光学谐振单元包括腔体，所述腔体内设置有气室，所述气室的两端侧壁上分别开设有进气口以及出气口，所述气室的前端设置有前高反射率透镜，所述气室的后端设置有后高反射率透镜；

所述腔体的一端设置有前准直透镜，后端设置有后准直透镜，所述后准直透镜与所述后高反射率透镜之间设置有宽带滤光片，所述前准直透镜、所述前高反射率透镜、所述气室、所述后高反射率透镜、所述宽带滤光片以及所述后准直透镜同轴布置。

优选地，所述气室的长度由所述前高反射率透镜或者所述后高反射率透镜的曲率半径确定。

优选地，所述第一温控单元包括箱体，所述箱体内壁上设置加热层以及热电偶，所述加热层与所述热电偶与温控仪电连接；

所述温控仪与所述控制模块电连接。

优选地，所述箱体的壁面上还设置有散热风扇，所述散热风扇与所述温控仪电连接。

优选地，所述第二温控单元包括基板、温度传感器、半导体制冷片；

所述测量模块的光源安装于所述基板上，所述基板上开设有安装槽，所述温度传感器通过所述安装槽与所述基板连接，用于检测所述基板的温度；

所述基板的背面紧贴所述半导体制冷片的冷面；

所述温度传感器以及所述半导体制冷片均与所述控制模块电连接。

优选地，所述半导体制冷片的热面设置有散热片。

优选地，所述基板、所述温度传感器、所述半导体制冷片以及所述散热片两两接触的部分均涂有导热硅脂。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置通过设置测量模块可以采用吸收光谱法对二氧化氮浓度检测，这种方式较化学发光检测法更适用于低浓度二氧化氮的检测；通过设置温控模块可以监控测量模块外围温度以及光源温度，从而消除高海拔地区温度波动对于测量精度的影响，同时监控光源温度可以稳定光源，从而提供检测的精度。本实用新型适用于温度波动大、二氧化氮浓度低的高原地区。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种二氧化氮测量装置的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种二氧化氮测量装置在高海拔地区的大气二氧化氮浓度测量结果图；

图3为本实用新型实施例提供的一种二氧化氮测量装置在高海拔地区的探测灵敏度评估结果图。

附图中：101、光源单元；102、前光纤；102’、后光纤，103、前准直透镜；103’、后准直透镜；104、前高反射率透镜；104’、后高反射率透镜；105、宽带滤光片；106、光谱仪；107、腔体；108、气室；109，进气口；109’、出气口；200、背景气进气管；201、样气进气管；202、二氧化氮吸附器；203、三通电磁阀；204、粒子过滤器；205、气压计；206、质量流量计；207、真空泵；301、数据采集控制单元；401、温控仪；402、加热层；403、热电偶；404、散热风扇；501、箱体。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种二氧化氮测量装置的结构图，所述二氧化氮测量装置包括测量模块、温控模块以及控制模块；

所述测量模块用于采集气体、利用吸收光谱法对采集的气体进行二氧化氮浓度检测；

所述温控模块包括第一温控单元以及第二温控单元，所述第一温控单元用于所述测量模块外围温度的控制，所述第二温控单元用于所述测量模块的光源的温度控制；

所述控制模块与所述测量模块、所述温控模块电连接，用于所述测量模块以及所述温控模块的工作控制。

在本实用新型实施例中，测量模块采集气体后对气体进行二氧化氮浓度检测，本实用新型提供的测量模块利用吸收光谱法进行二氧化氮浓度检测，不受转化或滴定效率以及大气中其他含氮物质等干扰因素的影响，可以获取更高的检测精度。可以理解，本实用新型实施例中的吸收光谱法是通过测量分析经二氧化氮吸收后的光的光谱从而确定样气中二氧化氮含量的方法。在本实用新型实施例中，这里的气体可以是特定的待检测的气体，也可以是任意环境内的空气，本实用新型实施例对此不作具体限定。

在本实用新型实施例中，通过设置了温控模块，一方面可以对测量模块的外围温度进行监控，另一方面还可以对光源温度进行监控，可以提高检测精度。需要说明的是，本实用新型实施例中的监控是指监测以及控制，监测是对温度进行采集，控制是输出控制信号进行加热或者冷却从而使温度稳定在一个较的范围。对测量模块周围的温度进行监控是指对测量模块的主要测量部件所在区域的温度进行监控，以避免温度波动对主要测量部件的工作产生影响，使得测量模块的主要测量部件在一个温度相对恒定的环境内工作，同时减小温度对测量过程中元件工作性能的影响。本实用新型的方案至少通过这两个方面提高检测的精度。

在本实用新型实施例中，控制模块用于测量模块以及温控模块的工作控制，控制模块可以包括相应的硬件以及系统软件。

在本实用新型实施例中，上述测量模块、温控模块以及控制模块在结构上可以相互通过，例如设置于一个箱体501内构成一个整体，各个模块相应的硬件通过与箱体501内壁直接或者间接连接固定于箱体501内。此为可选的具体实现方式，本实用新型实施例对此不作具体限定。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置通过设置测量模块可以采用吸收光谱法对二氧化氮浓度检测，这种方式较化学发光检测法更适用于低浓度二氧化氮的检测；通过设置温控模块可以监控测量模块外围温度以及光源温度，从而消除高海拔地区温度波动对于测量精度的影响，同时监控光源温度可以稳定光源，从而确保检测的精度。本实用新型适用于温度波动大、二氧化氮浓度低的高原地区。

在本实用新型一个实施例中，所述测量模块包括气体采集单元、光学谐振单元、光源单元101以及光谱检测单元；

所述采集单元与所述光学谐振单元连接，用于向所述光学谐振单元输送气体；

所述光学谐振单元用于对所述气体进行照射；

所述光源单元101与所述光学谐振单元的一端连接，用于为所述光学谐振单元提供光源；

所述光谱检测单元与所述光学谐振单元的另一端连接，用于获取经过所述光学谐振单元的光的光谱，并由所述光谱确定被测气体的二氧化氮浓度。

在本实用新型实施例中，气体采集单元用于气体的采集，需要理解的是，这里的采集不是指从环境中获取特定气体的过程，而是指将将环境中的空气或者给定的特定气体输送向光学谐振单元中，指的是输送过程。

在本实用新型实施例中，光学谐振单元为气体与光相作用从而产生吸收信号的单元，需要理解的是，这里的产生吸收信号并非指光学谐振单元本身生成吸收信号，而是指后续的单元模块对经光学谐振单元后的光进行光谱采集分析可以获取吸收信号，实质光学谐振单元的直接作用是使二氧化氮对光进行吸收。光学谐振单元为气体与光相作用产生吸收信号的单元，光源单元101与光学谐振单元的一端连接，这里的连接是指光路连接，既可以是直接照射也可以是通过光纤等导光光路进行连接，如图1所示，包括前光纤102以及后光纤102’。此为可选的具体实现方式，本实用新型实施例对此不作具体限定。

在本实用新型实施例中，光谱检测单元用于采集吸收后的光谱并对光谱进行分析处理以确定被测气体的二氧化氮浓度。

在本实用新型实施例中，光谱检测单元可以使用光谱仪106实现以及光谱分析处理单元，在本实用新型实施例中，光谱分析处理单元用于对光谱信号进行处理分析以确定样气中的二氧化氮含量，光谱分析处理单元可以是内置于本实用新型任意一个实施例提供的二氧化氮测量装置中，也可以是与所述二氧化氮测量装置通信连接的外接设备，例如各种类型计算机等，本实用新型实施例对此不作具体限定。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置通过气体采集单元采集被测气体，通过光学谐振单元使气体与光相互作用，通过光谱检测单元对吸收后的光进行光谱采集分析以获取被测气体的二氧化氮浓度，这种方式不受转化或滴定效率的影响，可以提高检测精度。

在本实用新型一个实施例中，所述气体采集单元包括进气子单元以及排气子单元；

所述进气子单元包括三通电磁阀203、粒子过滤器204以及二氧化氮吸附器202；所述三通电磁阀203的两个入口分别连接有背景气进气管200和样气进气管201，所述背景气进气管200上连接有所述二氧化氮吸附器202；所述三通电磁阀203的出口通过管道与所述粒子过滤器204的入口连接，所述粒子过滤器204的出口与所述光学谐振单元的进气口109连接；

所述排气子单元包括通过管道依次连接的气压计205、质量流量计206以及真空泵207，所述排气子单元与所述光学谐振单元的出气口109’连接。

在本实用新型实施例中，进气子单元用于被测气体的采集，进气子单元包括三通电磁阀203以及粒子过滤器204，三通电磁阀203的两个进口可以分别用于背景气的采集以及被测试样气体的采集。在本实用新型实施例中，可以理解，三通电磁阀203仅仅是一种具体的实现方式，与之效果相近或者等同的元件均可以替换该三通电磁阀203。在本实用新型实施例中，进气管包括背景气进气管200以及样气进气管201，背景气进气管200上连接有二氧化氮吸附器202，二氧化氮吸附器202用于除去进入气体中的二氧化氮从而得到背景气，可以采用活性碳实现。

在本实用新型实施例中，排气子单元用于排出光学谐振单元内的气体，包括气压计205、质量流量计206以及真空泵207，气压计205用于监测光学谐振单元内的气体的气压，以获得一个更有利于光学谐振的气压；质量流量计206可以准确地计量气体的流量；真空泵207用于抽气以驱动气体流动，从而使外界的气体进入光学谐振单元、使光学谐振单元中的气体排出。可以理解，在本实用新型实施例中，进气子单元以及排气子单元的动力均为真空泵207。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置通过设置采集单元可以向光学谐振单元内输送气体或者将其中的气体抽出，并且可以对气体进行气压以及流量的计量，便于气量和气压的控制。

在本实用新型一个实施例中，所述光学谐振单元包括腔体107，所述腔体107内设置有气室108，所述气室108的两端侧壁上分别开设有进气109以及出气口109’，所述气室108的前端设置有前高反射率透镜104，所述气室108的后端设置有后高反射率透镜104’；

所述腔体107的一端设置有前准直透镜103，后端设置有后准直透镜103’，所述后准直透镜103’与所述后高反射率透镜104’之间设置有宽带滤光片105，所述前准直透镜103、所述前高反射率透镜104、所述气室108、所述后高反射率透镜104’、所述宽带滤光片105以及所述后准直透镜103’同轴布置。

在本实用新型实施例中，腔体107以及气室108均可以设置有柱状中空结构，优选地，可以设置为长条形管状结构。气室108可以采用金属或者聚四氟乙烯制作，优选地，可以采用聚四氟乙烯材料。腔体107的前端设置有前准直透镜103，后端设置有后准直透镜103’，光源发出的光通过前准直透镜103进入腔体107内，先透过气室108后，再通过后准直透镜103’照射出腔体107。前准直透镜103用于将光源发出的光准直成平行光，后准直透镜103’用于收集透过气室108后，再经过宽带滤光片105后的光。前准直透镜103和后准直透镜103’优选消色差透镜，宽带滤光片105优选为带通滤光片。

在本实用新型实施例中，在腔体107内，气室108的前端设置有前准直透镜103，后端设置有后准直透镜103’，后准直透镜103’与后高反射率透镜104’之间设置有宽带滤光片105，前准直透镜103、前高反射率透镜104、气室108、后高反射率透镜104’、宽带滤光片105以及后准直透镜103’沿光的照射方向依次同轴布置。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置中光学谐振单元包括腔体107以及设置于腔体107内的气室108，激光依次通过前准直透镜103、前高反射率透镜104、气室108、后高反射率透镜104’、宽带滤光片105以及后准直透镜103’，本实用新型的方案采用的是吸收光谱法对二氧化氮浓度进行检测，不受转化或滴定效率的影响，可以提高检测精度。

在本实用新型一个实施例中，所述气室108的长度由所述前高反射率透镜104或者所述后高反射率透镜104’的曲率半径确定。

在本实用新型实施例中，优选地，前高反射率透镜或者后高反射率透镜的曲率半径为1米，气室108长度为(0.99～1)米，优选为0.996米。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置中气室108的长度采用0.996米，可以获得更高的检测精度。

在本实用新型一个实施例中，所述第一温控单元包括箱体501，所述箱体501内壁上设置加热层402以及热电偶403，所述加热层402与所述热电偶403与温控仪401电连接；

所述温控仪401与所述控制模块电连接。

在本实用新型实施例中，可选地，箱体501设置为长方体或者正方体结构，腔体107或者气室108位于箱体501的中心位置；进一步地，腔体107或者气室108与箱体501壁面的距离近似相等，可以使腔体107或者中108的各部分温度更为均匀。

在本实用新型实施例中，对于箱体501的材料不作具体限定；箱体501内壁上设置有加热层402以及热电偶403，加热层402可以对箱体501内部温度进行控制，热电偶403可以采集箱体501的内部温度，温控仪401可以根据热电偶403采集到的温度对加热层402进行控制，本实用新型对于加热层402的具体结构不作限定，其作用仅在于加热以提高箱体501内的温度，实现该功能并不依赖于特定的具体结构。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置第一温控单元包括箱体501、加热层402以及热电偶403，通过第一温控单元可以对测量模块外围温度进行采集监控，以使光与气体的相互作用在一个较为恒定的环境内发生，可以减小温度波动对气体吸收的影响，从而提高检测精度。

在本实用新型一个实施例中，所述箱体501的壁面上还设置有散热风扇404，所述散热风扇404与所述温控仪401电连接。

在本实用新型实施例中，散热风扇404可以设置一个或者多个，通过散热风扇404的设置，可以使箱体501内的空气产生流动从而与外界空气进行交换，当温度过高时可以用于降温。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置还设置有散热风扇404，散热风扇404与加热层402或者热电偶403配合，可以实现箱体501内温度的监控。

在本实用新型一个实施例中，所述第二温控单元包括基板、温度传感器、半导体制冷片；

所述测量模块的光源安装于所述基板上，所述基板上开设有安装槽，所述温度传感器通过所述安装槽与所述基板连接，用于检测所述基板的温度；

所述基板的背面紧贴所述半导体制冷片的冷面；

所述温度传感器以及所述半导体制冷片均与所述控制模块电连接。

在本实用新型实施例中，基板可以采用金属材料以便于散热，可选地，可以采用铝材。光源设置于基板上，光源与基板之间可以采用螺钉连接、焊接等方式连接。基板上设置有安装槽，安装槽内设置有温度传感器用于采集基板的温度，实际是获取光源工作时的温度。基板背面正对光源安装位置设置有半导体制冷片，半导体制冷片与基板之间可以采用螺钉连接或者焊接等方式连接，半导体制冷片的冷面与基板正对。

在本实用新型实施例中，优选地，所述半导体制冷片的热面设置有散热片；所述基板、所述温度传感器、所述半导体制冷片以及所述散热片两两接触的部分均涂有导热硅脂。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置中第二温控单元包括基板、温度传感器、半导体制冷片，通过上述设置可以对光源进行温度监控，以使光源发出稳定的符合要求的光，避免光源的波动对检测精度的影响。

本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置通过设置测量模块可以采用吸收光谱法对二氧化氮浓度检测，这种方式较化学发光检测法更适用于低浓度二氧化氮的检测；通过设置温控模块可以监控测量模块外围温度以及光源温度，从而消除高海拔地区温度波动对于测量精度的影响，同时监控光源温度可以稳定光源，从而确保检测的精度。本实用新型适用于温度波动大、二氧化氮浓度低的高原地区。

以下以一个具体实施例进行说明：

如图2所示，利用本实用新型实施例提供的二氧化氮测量装置对高海拔地区的大气二氧化氮浓度进行在线测量，具体流程：通过真空泵207将环境大气抽入腔体107中的气室108内，三通电磁阀203控制环境大气和背景气的切换，气压计205监测气室108内气压，质量流量计206控制气体的流量，光谱仪106获得待测气体的宽带吸收光谱，采用高分辨吸收截面与光谱仪仪器函数卷积，获得理论的参考吸收截面，再对计算得到的吸收系数进行最小二乘拟合，得到二氧化氮气体的浓度。由于大气压变化对吸收截面的影响可忽略，上述所述的测量系统和方法，可准确获得高海拔地区二氧化氮的浓度。数据处理流程包括以下步骤：

步骤(1)、三通电磁阀203切换连通背景气进气管200和二氧化氮吸附器202，以除去背景气中的二氧化氮气体，背景气经粒子过滤器204后进入气室108中，光谱仪106测量得到445-465nm波段的背景气的光谱信号I₀(λ)，其中λ为波长。

步骤(2)、三通电磁阀203切换连通样气进气管201，样气中含有二氧化氮气体，样气气体经过粒子过滤器204后进入气室108中，光谱仪106测量得到445-465nm波段的样气的光谱信号I(λ)，其中λ为波长。

步骤(3)、根据步骤(1)～步骤(2)，已知前高反射率透镜104和后高反射率透镜104’之间的距离d，利用高纯度(＞99.999％)的氮气和二氧化碳气体对高反射率透镜的反射率R(λ)进行校准：

其中，I_N2(λ)和I_CO2(λ)分别为测量的高纯度氮气和二氧化碳气体的光谱信号，

和

分别为氮气和二氧化碳气体的已知瑞利散射截面，λ为波长；高反射率透镜的反射率为R(λ)。

步骤(4)、根据步骤(1)～步骤(3)，通过测量背景气的光谱信号I₀(λ)和环境大气的光谱信号I(λ)，使用下式来计算获得环境大气的吸收系数b_abs(λ)：

其中，λ为波长。

步骤(5)、根据步骤(1)～步骤(4)，在445-465nm波段，样气中除二氧化氮气体外，其他的气体吸收可以忽略，则样气的吸收系数b_abs(λ)与二氧化氮的浓度n的关系可表示为下式：

b_abs(λ)＝nσ(s+tλ)+P(λ)；

其中，nσ(s+tλ)为二氧化氮气体的吸收系数，n为二氧化氮气体的浓度，σ为已知的二氧化氮气体的吸收截面；s和t分别表示光谱谱线位置的平移和拉伸，P(λ)是LED光源不稳定和光谱仪背景漂移造成的光谱漂移。对测量的光谱信号进行非线性最小二乘拟合，便可获得样气中二氧化氮气体的浓度。

本实用新型提供的二氧化氮测量装置的探测灵敏度在高海拔地区的评估结果为10pptv(120秒采样时间)。

如图3所示，在高海拔地区利用长时间的过滤空气测量来评估本实用新型提供的二氧化氮测量装置的探测灵敏度，其中，过滤空气为除去二氧化氮的干燥气体。

具体流程：通过真空泵207将过滤空气抽入腔体107的气室108内，三通电磁阀203控制样气和背景气的切换，气压计205监测气室108内气压，质量流量计206控制气体的流量，光谱仪106测量获得待测气体的宽带吸收光谱，采用高分辨吸收截面与光谱仪仪器函数卷积，获得理论的参考吸收截面，再对计算得到的吸收系数进行最小二乘拟合，得到二氧化氮气体的浓度。具体计算方法与上述具体实例相同，不同的是待测的过滤空气为除去二氧化氮的干燥气体，所获得的二氧化氮气体浓度的测量值在零点附近波动，该波动能反映二氧化氮测量装置的测量值受到噪声、干扰和漂移等因素的综合影响程度。由于Allan方差方法能反映一段时间内装置的稳定性，可用来表征装置的探测灵敏度。如图3所示，通过约266分钟的过滤空气测量，二氧化氮的平均值为6pptv，标准偏差值为24pptv，30秒和120秒采样时间Allan方差的评估值分别为19pptv和10pptv，因此本实用新型提供的二氧化氮测量装置的探测灵敏度在高海拔地区的评估结果为10pptv(120秒采样时间)。

上述评估结果表明，本实用新型提供的二氧化氮测量装置可准确测量高海拔地区大气二氧化氮的浓度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化氮测量装置，其特征在于，所述二氧化氮测量装置包括测量模块、温控模块以及控制模块；

所述测量模块用于采集气体、利用吸收光谱法对采集的气体进行二氧化氮浓度检测；

所述温控模块包括第一温控单元以及第二温控单元，所述第一温控单元用于所述测量模块外围温度的控制，所述第二温控单元用于所述测量模块的光源的温度控制；

所述控制模块与所述测量模块、所述温控模块电连接，用于所述测量模块以及所述温控模块的工作控制。

2.根据权利要求1所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述测量模块包括气体采集单元、光学谐振单元、光源单元以及光谱检测单元；

所述气体采集单元与所述光学谐振单元连接，用于向所述光学谐振单元输送气体；

所述光学谐振单元用于对所述气体进行照射；

所述光源单元与所述光学谐振单元的一端连接，用于为所述光学谐振单元提供光源；

所述光谱检测单元与所述光学谐振单元的另一端连接，用于获取经过所述光学谐振单元的光的光谱，并由所述光谱确定被测气体的二氧化氮浓度。

3.根据权利要求2所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述采集单元包括进气子单元以及排气子单元；

所述进气子单元包括三通电磁阀、粒子过滤器以及二氧化氮吸附器；所述三通电磁阀的两个入口分别连接有背景气进气管和样气进气管，所述背景气进气管上连接有所述二氧化氮吸附器；所述三通电磁阀的出口通过管道与所述粒子过滤器的入口连接，所述粒子过滤器的出口与所述光学谐振单元的进气口连接；

所述排气子单元包括通过管道依次连接的气压计、质量流量计以及真空泵，所述排气子单元与所述光学谐振单元的出气口连接。

4.根据权利要求2所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述光学谐振单元包括腔体，所述腔体内设置有气室，所述气室的两端侧壁上分别开设有进气口以及出气口，所述气室的前端设置有前高反射率透镜，所述气室的后端设置有后高反射率透镜；

所述腔体的一端设置有前准直透镜，后端设置有后准直透镜，所述后准直透镜与所述后高反射率透镜之间设置有宽带滤光片，所述前准直透镜、所述前高反射率透镜、所述气室、所述后高反射率透镜、所述宽带滤光片以及所述后准直透镜同轴布置。

5.根据权利要求4所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述气室的长度由所述前高反射率透镜或者所述后高反射率透镜的曲率半径确定。

6.根据权利要求1所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述第一温控单元包括箱体，所述箱体内壁上设置加热层以及热电偶，所述加热层与所述热电偶与温控仪电连接；

所述温控仪与所述控制模块电连接。

7.根据权利要求6所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述箱体的壁面上还设置有散热风扇，所述散热风扇与所述温控仪电连接。

8.根据权利要求1所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述第二温控单元包括基板、温度传感器、半导体制冷片；

所述测量模块的光源安装于所述基板上，所述基板上开设有安装槽，所述温度传感器通过所述安装槽与所述基板连接，用于检测所述基板的温度；

所述基板的背面紧贴所述半导体制冷片的冷面；

所述温度传感器以及所述半导体制冷片均与所述控制模块电连接。

9.根据权利要求8所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述半导体制冷片的热面设置有散热片。

10.根据权利要求9所述的二氧化氮测量装置，其特征在于，所述基板、所述温度传感器、所述半导体制冷片以及所述散热片两两接触的部分均涂有导热硅脂。

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