污染物大氣分布廓線測量儀制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種污染物大氣分布廓線測量儀，由光路接收裝置、光纖、光譜儀、探測器、計算機(jī)、控制單元和步進(jìn)電機(jī)組成，光路接收裝置為望遠(yuǎn)鏡筒，該望遠(yuǎn)鏡筒由內(nèi)壁涂黑的外殼、凸透鏡和濾光片組成；光路接收裝置與光譜儀通過光纖連接，光路接收裝置的凸透鏡焦點(diǎn)處為光纖的入射端，光纖的出射端與光譜儀的入射狹縫連接；光譜儀連接探測器，探測器通過電纜線連接計算機(jī)，控制單元連接計算機(jī)，控制單元連接步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)連接光路接收裝置。本實(shí)用新型專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，便于移動，能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測工作，可廣泛應(yīng)用于對高層、低層以及整層大氣成分的連續(xù)測量，提供污染氣體在大氣中垂直分布廓線，對城市和區(qū)域大氣環(huán)境進(jìn)行污染物二維分布研究。（*該技術(shù)在2019年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種污染物大氣分布廓線測量儀。
技術(shù)介紹
大氣中的污染氣體，如二氧化氮、二氧化硫、臭氧等在國內(nèi)對人們健康影響是非常明顯的。目前，為了對它們進(jìn)行測量，常使用空氣二氧化氮、二氧化硫、臭氧自動監(jiān)測儀，長程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測裝置和基于天頂散射光的被動差分光學(xué)吸收光譜儀。常規(guī)污染物自動監(jiān)測儀器在監(jiān)測時，儀器先將待測氣體與某些物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使其處于激發(fā)態(tài)，再利用其向基態(tài)躍遷時發(fā)射光強(qiáng)度與濃度成一定比例的關(guān)系，通過測量其發(fā)光強(qiáng)度來反演待測氣體的濃度。每種儀器只能測量一種污染物，儀器維護(hù)工作量大。長程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測裝置雖然可以同時測量多種污染物，測量區(qū)域較大，但設(shè)備比較龐大，而且垂直測量范圍常常由于角反射鏡被固定而受限。天頂散射光被動差分光學(xué)吸收光譜儀測量光譜范圍廣，可以同時測量多種大氣成分，并可以測量高層大氣，克服了上述長程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測裝置只能對地面附近污染物進(jìn)行測量的不足之處。但是天頂散射光被動差分光學(xué)吸收光譜儀只能對污染物在整層大氣中的柱密度進(jìn)行測量，不能對其分布廓線進(jìn)行反演。目前對大氣污染物分布廓線的探測手段十分有限，主要有鐵塔掛片采樣分析、探空氣球、系留汽艇、激光雷達(dá)探測等測量方法。這些探測手段都有其自身的缺陷無法將大量自動觀測儀器直接置于鐵塔高處進(jìn)行觀測；探空氣球每次攜帶幾種測量儀器，其探測路線主要由當(dāng)時的氣象條件決定，探測范圍受氣象因素影響較大；系留汽艇探空時間分辨率低，成本高；激光雷達(dá)只能做氣溶膠粒度譜垂直廓線反演。加之城市地區(qū)由于高層建筑物存在給垂直分布的觀測帶來很大的難度，尤其是像北京、上海這樣的特大城市，空中探測受到各種管制，觀測點(diǎn)位選擇也受到很多制約。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種利用自然光為光源、多俯仰角的污染物大氣分布廓線本技術(shù)提出的污染物大氣分布廓線測量儀，由光路接收裝置1、光纖2、光譜儀3、探測器4、計算機(jī)5、控制單元6和步進(jìn)電機(jī)7組成，其中，光路接收裝置1為望遠(yuǎn)鏡筒，該望遠(yuǎn)鏡筒由內(nèi)壁涂黑的外殼、凸透鏡和濾光片組成；—光路接收裝置1與光譜儀3通過光纖2連接，光路接收裝置1的凸透鏡焦點(diǎn)處為光纖2的入射端，光纖2的出射端與光譜儀3的入射狹縫連接；光譜儀3連接探測器4，探測器4通過電纜線連接計算機(jī)5，控制單元6連接計算機(jī)5，控制單元6連接步進(jìn)電機(jī)7，步進(jìn)電機(jī)7連接光路接收裝置1。本技術(shù)中，所述光譜儀3由光柵、準(zhǔn)直鏡一體化裝置構(gòu)成。本技術(shù)中，所述探測器4采用電荷耦合器CCD。本技術(shù)中，所述光纖2采用紫外石英光纖。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本裝置是利用采集不同俯仰角度的太陽散射光，分析太陽光在穿越平流層與邊界層時被污染氣體分子吸收情況。光線在平流層中傳輸?shù)木嚯x與儀器觀測角度無關(guān)，但散射光在邊界層中傳輸?shù)木嚯x卻與儀器觀測角度有關(guān)。依據(jù)不同觀測角度測得的污染氣體濃度和大氣輻射傳輸模式相結(jié)合可以反演該種污染氣體在大氣中的分布廓線。由于測量光譜范圍廣，因此可以同時測量多種大氣成分，克服了上述污染物自動監(jiān)測儀的缺點(diǎn)；由于太陽光穿越整層大氣，因此該技術(shù)可以測量高層大氣，克服了上述長程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測裝置只能對地面附近污染物進(jìn)行測量的不足之處；由于儀器觀測多角度順序掃描，可以反演污染氣體在大氣中分布廓線，彌補(bǔ)被動天頂散射光差分吸收光譜技術(shù)只能對污染氣體柱總量進(jìn)行觀測的不足。由于儀器順序掃描一個周期，測量光譜所需的采集時間是20分鐘左右，具有較高的測量時間分辨率，克服了上述探空測量手段時測量分辨率低(一般每天測量一次)、測量成本高的缺點(diǎn)。相比于鐵塔掛片等采樣分析方法，本裝置可以同時測量多種污染氣體，設(shè)備簡單、成本較低。本技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝、移動，適合在復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行測量，能夠獲得污染氣體在大氣中的分布廓線。由于在工作過程中不需要任何耗材，運(yùn)行成本極低，適合于推廣使用。附圖說明圖1是本技術(shù)的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1為光路接收裝置，2為光纖，3為光譜儀，4為探測器，5為計算機(jī)，6為控制單元，7為歩進(jìn)電機(jī)。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖1對本技術(shù)的優(yōu)選方式進(jìn)行進(jìn)一步的描述。參見圖l，光路接收裝置1是包括內(nèi)壁涂黑的外殼、凸透鏡和濾光片在內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡筒，在凸透鏡的焦點(diǎn)處有光纖2的入射端，光纖2將光路接收裝置與光譜儀3相連，光纖2的出射端與光譜儀3的入射狹縫連接，光譜儀3由光柵、準(zhǔn)直鏡一體化裝置構(gòu)成，經(jīng)過探測器4信號轉(zhuǎn)換后，通過電纜線與控制計算機(jī)5相連，步進(jìn)電機(jī)7受其控制單元6驅(qū)動，控制單元6與計算機(jī)5相連。本技術(shù)的工作過程如下，光路接收裝置l由步進(jìn)電機(jī)7帶動望遠(yuǎn)鏡對多個不同俯仰角方向的散射光進(jìn)行順序掃描，收集從各方向散射下來的太陽散射光，經(jīng)濾光片濾除不需要的成分，由凸透鏡會聚在光纖2的入射端，經(jīng)過光纖2的傳輸后，射入光譜儀3的入射狹縫，在光譜儀中經(jīng)過準(zhǔn)直、分光后由探測器4檢測，光譜信號由電纜線傳輸?shù)接嬎銠C(jī)5進(jìn)行光譜處理，不同俯仰角的光譜反演結(jié)果再與大氣輻射傳輸模式相結(jié)合就可以得出污染氣體在大氣中的分布廓線。權(quán)利要求1、一種污染物大氣分布廓線測量儀，由光路接收裝置(1)、光纖(2)、光譜儀(3)、探測器(4)、計算機(jī)(5)、控制單元(6)和步進(jìn)電機(jī)(7)組成，其特征在于光路接收裝置(1)為望遠(yuǎn)鏡筒，該望遠(yuǎn)鏡筒由內(nèi)壁涂黑的外殼、凸透鏡和濾光片組成；光路接收裝置(1)與光譜儀(3)通過光纖(2)連接，光路接收裝置(1)的凸透鏡焦點(diǎn)處為光纖(2)的入射端，光纖(2)的出射端與光譜儀(3)的入射狹縫連接；光譜儀(3)連接探測器(4)，探測器(4)通過電纜線連接計算機(jī)(5)，控制單元(6)連接計算機(jī)(5)，控制單元(6)連接步進(jìn)電機(jī)(7)，步進(jìn)電機(jī)(7)連接光路接收裝置(1)。2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染物大氣分布廓線測量儀，其特征在于所述光譜儀(3)由光柵、準(zhǔn)直鏡一體化裝置構(gòu)成。3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染物大氣分布廓線測量儀，其特征在于所述探測器(4)采用電荷耦合器CCD。4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染物大氣分布廓線測量儀，其特征在于所述光纖(2)采用紫外石英光纖。專利摘要本技術(shù)涉及一種污染物大氣分布廓線測量儀，由光路接收裝置、光纖、光譜儀、探測器、計算機(jī)、控制單元和步進(jìn)電機(jī)組成，光路接收裝置為望遠(yuǎn)鏡筒，該望遠(yuǎn)鏡筒由內(nèi)壁涂黑的外殼、凸透鏡和濾光片組成；光路接收裝置與光譜儀通過光纖連接，光路接收裝置的凸透鏡焦點(diǎn)處為光纖的入射端，光纖的出射端與光譜儀的入射狹縫連接；光譜儀連接探測器，探測器通過電纜線連接計算機(jī)，控制單元連接計算機(jī)，控制單元連接步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)連接光路接收裝置。本技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，便于移動，能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測工作，可廣泛應(yīng)用于對高層、低層以及整層大氣成分的連續(xù)測量，提供污染氣體在大氣中垂直分布廓線，對城市和區(qū)域大氣環(huán)境進(jìn)行污染物二維分布研究。文檔編號G01N21/49GK201359597SQ200920068109公開日2009年12月9日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日專利技術(shù)者斌 周, 王珊珊 申請人:復(fù)旦大學(xué)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種污染物大氣分布廓線測量儀，由光路接收裝置（１）、光纖（２）、光譜儀（３）、探測器（４）、計算機(jī)（５）、控制單元（６）和步進(jìn)電機(jī)（７）組成，其特征在于光路接收裝置（１）為望遠(yuǎn)鏡筒，該望遠(yuǎn)鏡筒由內(nèi)壁涂黑的外殼、凸透鏡和濾光片組成；光路接收裝置（１）與光譜儀（３）通過光纖（２）連接，光路接收裝置（１）的凸透鏡焦點(diǎn)處為光纖（２）的入射端，光纖（２）的出射端與光譜儀（３）的入射狹縫連接；光譜儀（３）連接探測器（４），探測器（４）通過電纜線連接計算機(jī)（５），控制單元（６）連接計算機(jī)（５），控制單元（６）連接步進(jìn)電機(jī)（７），步進(jìn)電機(jī)（７）連接光路接收裝置（１）。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周斌，王珊珊，
申請(專利權(quán))人：復(fù)旦大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國別省市：31[中國|上海]