基于差分吸收光譜(DOAS)方法,多種痕量氣體(NO2、SO2、O3、HCHO、HONO、H2O、BrO、OClO)平均濃度的測量
Airyx開(kāi)路式主動(dòng)遙感痕量氣體分析儀的望遠鏡(左側)和后向反射器陣列(右側)
Airyx開(kāi)路式主動(dòng)遙感痕量氣體分析儀基于差分吸收光譜(DOAS)方法,實(shí)現了沿光路長(cháng)度(幾百米至幾千米)的多種痕量氣體(二氧化氮NO2、二氧化硫SO2、臭氧O3、甲醛HCHO、亞硝酸HONO、水汽H2O、一氧化溴自由基BrO、二氧化氯OClO)平均濃度的測量。該測量系統主要由光譜儀、望遠鏡、控制電腦和后向反射器等部分組成。光譜儀的雜散光極低,具有溫度穩定性,且可自動(dòng)進(jìn)行基準測量,保證分析儀的高精度(亞ppb級)測量;系統具有IP64級防水,適用于野外長(cháng)期部署;可進(jìn)行全自動(dòng)光路對準,安裝操作簡(jiǎn)單??蛇x配高功率寬波段光源(LDLS),以擴展光譜范圍和最大測量路徑長(cháng)度;可進(jìn)行方位角和仰角擴展,可實(shí)現到不同反射器的多個(gè)開(kāi)路路徑的測量。
Airyx開(kāi)路式主動(dòng)遙感痕量氣體分析儀設置框架圖
應用
在幾百米至幾千米尺度上,對沿光路的痕量氣體平均濃度進(jìn)行測量
排放監測(如,SO2、NO2,HCHO),空氣質(zhì)量監測
大氣痕量氣體化學(xué)(如,O3、BrO、OClO)、火山羽流化學(xué)或極性鹵素化學(xué)的研究
在秒級尺度上進(jìn)行交通排放(SO2、NO2)監測
衛星數據、被動(dòng)遙感、原位和高空間分辨率化學(xué)模型等驗證
性能參數
典型檢測下限(1000 m光路,10 s數據平均) | NO2 | 1.5 ppb | 可實(shí)現的光路長(cháng)度 | 100至3000 m(單光路) |
SO2 | 0.3 ppb | 500至1500 m(推薦) | ||
O3 | 15 ppb | 時(shí)間分辨率/數據平均 | 低至3 s;可調整平均的時(shí)間提升靈敏度 | |
HCHO | 4.5 ppb | |||
HONO | 0.8 ppb | |||
光譜儀性能參數 | 范圍 | 270 – 380 nm | 測量軟件 | 已包含;可定制測量程序(時(shí)間分辨率、光譜平均、多測量光路) |
FWHM | 0.45 nm(典型) | |||
極低的雜散光配置 | ||||
探測器量子效率 | ~60%(后向紫外稀釋檢測器) | 功率 | < 70 W,12 V | |
噪聲 | 10-4 @ 1000次掃描(60 s間隔時(shí)間) | 額外傳感器 | 溫度、壓強和濕度 | |
測量的氣體種類(lèi) | NO2、SO2、O3、HCHO、HONO、H2O、BrO、OClO | 數據分析 | 為標準痕量氣體提供數據分析包 | |
光源 | 中心波長(cháng)位于280、325和365 nm的高功率LED燈,可選擇高功率寬波段的氙氣(Xe)燈 | 數據通訊 | USB 2.0,包含測量電腦(筆記本電腦) | |
溫度穩定性 | 光譜儀和光源具有溫度穩定性 | 后向反射鏡 | 20? x 1”熔融石英角錐反射器陣列;IP64級防水外殼 | |
望遠鏡性能參數 | 焦距 | 800 mm | 重量和尺寸 | |
直徑 | 200 mm | 望遠鏡 | 約20 kg 100 * 35 * 32 cm3 | |
視場(chǎng) | 約0.05° | 分析儀 | 約14 kg 約40 * 44 * 13 cm3 | |
光路對準 | 相機+光纖束電機 | 望遠鏡單元的操作溫度范圍 | -20至40 ℃ | |
可選多光路電機 | ||||
光纖配置 | 發(fā)送端 | 6條單色光纖 | 望遠鏡安裝選項 | 鋁軌系統或三腳架 |
接收端 | 1條光纖 | |||
紫外線(xiàn)熔融石英多光纖束 | ||||
燈基準測量 | 全自動(dòng);光纖束前的參考板 | 機械穩定性 | 惡劣環(huán)境條件下(IP64級)依舊堅固耐用 |
優(yōu)勢
優(yōu)點(diǎn) | 創(chuàng )新 |
測量精度高 | ??光譜儀的雜散光極低 ??光譜儀具有溫度穩定性,噪聲小 ??包含非線(xiàn)性光譜儀表征 ??連續測量和自動(dòng)基準測量 ??測量程序可更改 |
安裝和操作簡(jiǎn)單 | ??儀器的設置和啟動(dòng)簡(jiǎn)單 ??全自動(dòng)光路對準以及可調整的測量程序 ??運維成本低,光學(xué)器件易于清潔 ??無(wú)需校準;基于光譜吸收數據的氣體濃度定量 |
使用壽命長(cháng) | ??IP64級防水,防雪 ??為長(cháng)期運行而設計 ??后向反射器陣列具有防水功能,可更換干燥劑 |