交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置和方法，本发明专利技术基于腔减光增强技术，通过在采样单元内设置气体处理装置，通过气体处理装置可从空气中直接获得用于标零的参考气体和用于测量NO2浓度的样气，并且本发明专利技术在采样单元和测量单元之间设置了切换单元，通过切换单元可切换进入测量单元的气体，从而使得本发明专利技术可以实现一台仪器测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度两种成分，本发明专利技术具有结构精简，测量精度高，测量方便，适用性广，可连续在线监测的优点。

【技术实现步骤摘要】
交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置和方法
本专利技术属于大气成分检测
，涉及一种大气检测装置和检测方法，特别是一种交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置和方法。
技术介绍
近年来，中国经济的飞速发展已受到全世界的关注。然而，这种快速的经济增长也伴随着社会体系的变革，高度的工业化和城市化带来了一系列的环境污染尤其是雾霾等大气污染，对可持续发展有着严重的负面影响，同时对人们的日常生活和身体健康存在着严重的威胁。如何获取环境变化的第一手资料，准确地提供大气物性及其变化趋势，是当前环境测量领域的一项迫切任务。大气中气溶胶消光系数和NO2浓度是大气检测的两个重要参数。气溶胶是指悬浮在大气中的直径在1nm到100μm的各种固态和液态微粒，气溶胶消光系数是反应大气气溶胶的指标，气溶胶作为主要污染物已经被认为是形成重污染天气的主要原因之一，同时气溶胶对人类健康、大气气候、空气质量和生态变化等也有着严重的影响。大气中的NO2是一种酸性气体，NO2浓度的大小会影响臭氧层结构，当大气中NO2浓度较高时，臭氧层会被破坏，NO2浓度还会影响云层，造成酸雨等一系列生态问题。研究表明，气溶胶对光有吸收和散射作用，NO2对光有吸收作用，当调制光经过气溶胶或者NO2后，光的相位会发生偏移，通过光的相位变化来测量介质的成分称之为腔减相移光谱技术，简称CAPS技术。CAPS技术在大气测量中已经得到应用，如专利申请号为201620747265.2的专利名称为“一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置”和申请号为201620747266.7的专利名称为“一种快速测量气溶胶消光系数的装置”，具体的测量步骤通常为：1、提供一种用于标零的参考气体(如N2气)，测出调制光的基础相位；2、通入待测气体，测出调制光经过待测气体后产生变化的相位差；3、通过相位差计算得出大气中的成分。上述两种装置仍然存在以下缺陷：1、需要提供参考气体，参考气体一般通过瓶装或者罐装，这样就增加了装置体积；2、大气的监测是一个连续的过程，上述装置在参考气体用完后即无法继续完成监测，需要补充参考气体，增加了工作人员的工作量，也不利于完成连续在线实时监测；3、大气中气溶胶消光系数和NO2浓度需要不同的装置来进行监测，增加了监测的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，该装置即可测量大气中的气溶胶消光系数，又可测量大气中的NO2浓度，响应速度快，测量精度高。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，包括由带调制器的光发射源，由谐振腔和光接收端构成的检测单元，由锁相放大器和数据处理模块构成的分析单元，还包括：采样单元，所述采样单元与谐振腔连通并用于从大气中获取测量气溶胶消光系数的待测样气，所述采样单元上设置有气体处理装置，所述气体处理装置可对样气进行处理并获得用于测量待测气体NO2浓度的样气二和用于进行标零的参考气体；切换单元，所述切换单元位于采样单元和检测单元之间，使谐振腔内选择性的进入样气或样气二或参考气体。作为优选，所述气体处理装置包括沿进气方向依次设置的颗粒物过滤器，干燥管和NO2过滤器，样气经过颗粒过滤器和干燥管后形成样气二，样气经过颗粒物过滤器，干燥管和NO2过滤器后形成参考气体。作为优选，所述干燥管和NO2过滤器之间设置有三通阀，所述三通阀选择性的使样气经过颗粒物过滤器和干燥管处理后成为样气二或者使样气经过颗粒物过滤器和干燥管处理后再经过NO2过滤器成为参考气体。作为优选，还包括进气组件，所述进气组件为隔膜泵或者抽气泵，所述隔膜泵或抽气泵连通谐振腔的出气口。作为优选，所述采样单元通过进气组件进气的气体流量为1.2L/min-2L/min。作为优选，所述干燥管为Nafion管，所述Nafion管的内管用于进气，所述Nafion管的外管连接所述隔膜泵或抽气泵,所述外管的气流量为5mL/min-60mL/min。作为优选，所述切换单元为一个四通阀或者分别设置在样气，样气二和参考气体的进气管路上的二通阀。作为优选，所述进气组件和谐振腔之间设置有稳流阀或压力传感器。本专利技术还提供了一种交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的方法，包括：S1、提供权利要求1-8任一所述的测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置；S2、打开所述装置的光发射端，使光线进入谐振腔，控制采样单元从外界采集样气，处理样气得到参考气体，控制切换单元使参考气体通入谐振腔直至排尽谐振腔内的原有余气，检测单元检测出射入光线数据结果并发送给分析单元，分析单元记录参考气体数据φ0；S3、控制切换单元切换管路，处理样气得到样气二，使样气二进气通入到谐振腔直至排尽谐振腔内的原有气体，检测单元检测出射入光线数据结果并发送给分析单元，分析单元记录样气二数据φ1；S4、控制切换单元切换管路，使样气进入谐振腔内直至排尽谐振腔内的原有气体，检测单元检测出射入光线数据结果并发送给分析单元，分析单元记录样气数据Φ2；S5、分析单元通过分析计算φ0与φ1得出待测气体中NO2浓度，分析单元通过分析计算φ0和Φ2得出待测气体的消光系数。作为优选，所述S2步骤和S3步骤顺序可先后更换。与现有技术相比，本专利技术采用上述结构和方法具有以下优点：1、本专利技术通过气体处理装置可直接从大气中获得用于测量的参考气体和用于测量NO2浓度的样气二，不需要提供额外的参考气体进行测量，从而使得测量更加方便；2、本专利技术可交替测量大气中NO2浓度和气溶胶消光系数，一台装置进行测量即可获得上述两种参数。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的一实施例的结构图。图3是本专利技术的另一实施例的结构图。图4是本专利技术的检测的相位差结果图。图5是本专利技术测得的气溶胶消光系数示意图。图6是本专利技术测得的NO2浓度示意图。图中，110、LED光源；120、调制器；130、平凸透镜；140、激光光源；200、谐振腔；210、保温箱；310、滤光片；320、光电倍增管；410、锁相放大器；420、数据处理模块；500、四通阀；610、颗粒物过滤器；620、nafion管；630、NO2过滤器；640、三通阀；650、流量阀；700、隔膜泵；710、稳流阀；800、吹扫管道；具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1：如图1所示，本实施例提供了一种交替测量大气中NO2浓度和气溶胶消光系数的装置，该装置基于腔减相移光谱技术，包括由带调制器120的光发射源，由谐振腔200和光接收端构成的检测单元，由锁相放大器410和数据处理模块420构成的分析单元，还包括采样单元和切换单元。采样单元内设置有气体处理装置，气体处理装置可从大气中直接采集用于测量气溶胶消光系数的样气，并且可将样气进行处理得到用于测量NO2浓度的样气二和用于进行标零的参考气体；切换单元位于采样单元和谐振腔200之间，控制切换单元可选择性的使谐振腔200内进入样气、样气二或者参考气体分别进行测量。气体处理装置的作用是对大气中获得的样气进行处理，除去空气中干扰测量的成分，从而获得可用于标零的参考气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，该装置基于腔减相移光谱技术，包括由带调制器的光发射源、由谐振腔和光接收端构成的检测单元，由锁相放大器和数据处理模块构成的分析单元，其特征在于，还包括：采样单元，所述采样单元与谐振腔连通并用于从大气中获取测量气溶胶消光系数的待测样气，所述采样单元上设置有气体处理装置，所述气体处理装置可对样气进行处理并获得用于测量待测气体NO2浓度的样气二和用于进行标零的参考气体；切换单元，所述切换单元位于采样单元和检测单元之间，使谐振腔内选择性的进入样气或样气二或参考气体。

【技术特征摘要】
1.一种交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，该装置基于腔减相移光谱技术，包括由带调制器的光发射源、由谐振腔和光接收端构成的检测单元，由锁相放大器和数据处理模块构成的分析单元，其特征在于，还包括：采样单元，所述采样单元与谐振腔连通并用于从大气中获取测量气溶胶消光系数的待测样气，所述采样单元上设置有气体处理装置，所述气体处理装置可对样气进行处理并获得用于测量待测气体NO2浓度的样气二和用于进行标零的参考气体；切换单元，所述切换单元位于采样单元和检测单元之间，使谐振腔内选择性的进入样气或样气二或参考气体。2.根据权利要求1所述的交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，其特征在于，所述气体处理装置包括沿进气方向依次设置的颗粒物过滤器，干燥管和NO2过滤器，样气经过颗粒过滤器和干燥管后形成样气二，样气经过颗粒物过滤器，干燥管和NO2过滤器后形成参考气体。3.根据权利要求2所述的交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，其特征在于，所述干燥管和NO2过滤器之间设置有三通阀，所述三通阀选择性的使样气经过颗粒物过滤器和干燥管处理后成为样气二或者使样气经过颗粒物过滤器和干燥管处理后再经过NO2过滤器成为参考气体。4.根据权利要求1、2或3所述的交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，其特征在于，还包括进气组件，所述进气组件为隔膜泵或者抽气泵，所述隔膜泵或抽气泵连通谐振腔的出气口。5.根据权利要求4所述的交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2浓度的装置，其特征在于，所述采样单元通过进气组件进气的气体流量为1.2L/min-2L/min。6.根据权利要求5所述的交替测量大气中气溶胶消光系数和NO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭杰，唐怀武，于志伟，
申请(专利权)人：杭州春来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33