一种二氧化氮测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术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及测量方法，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。本发明专利技术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，本发明专利技术适用于高海拔地区。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化氮测量装置及测量方法
本专利技术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及测量方法。
技术介绍
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ECOPhysics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(中国专利技术专利：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。
技术实现思路
本专利技术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的问题。本专利技术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。在本专利技术另一个实施例中，还提供了一种二氧化氮测量方法，该二氧化氮测量方法应用于本专利技术任意一个实施例所述的二氧化氮测量装置，所述二氧化氮测量方法包括以下步骤：利用温控模块对测量模块外围温度以及光源的温度进行监控；获取背景气，除去所述背景气中的二氧化氮并测量除去二氧化氮后的所述背景气的光谱信号；获取样气并测量所述样气的光谱信号；根据所述背景气的光谱信号、所述样气的光谱信号确定二氧化氮吸收系数；根据所述二氧化氮吸收系数确定所述样气的二氧化氮浓度。本专利技术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。本专利技术适用于温度波动大、二氧化氮浓度低的高原地区。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种二氧化氮测量装置的结构图；图2为本专利技术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为本专利技术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专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。如图1所示，为本专利技术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。在本专利技术实施例中，测量模块采集气体后对气体进行二氧化氮浓度检测，本专利技术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，本专利技术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。在本专利技术实施例中，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，本专利技术实施例对此不作具体限定。在本专利技术实施例中，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，本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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。


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...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：合肥中光环象光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34