【技术实现步骤摘要】
一种氨气分子吸收线参数的中红外光谱测量系统及方法
本专利技术涉及环境遥感监测、气体吸收谱线的分子线参数光学检测技术与方法领域,具体为一种氨气分子吸收线参数的中红外光谱测量系统及方法。
技术介绍
由于农业肥料挥发、畜牧业禽畜排泄物、生物质燃烧、机动车排放、工业生产和其他人为活动的排放,近年来我国大气中氨气(NH3)的排放急剧上升。氨气沉降是土壤和水体酸化、富营养化的主要原因,威胁着生态系统的生物多样性,同时作为对流层中含量最大的碱性气体,氨气是二次颗粒物的重要前体物,与霾的形成密切相关,对人体健康造成危害。因此,需要对区域大气的氨气进行大范围的长期监测,掌握其时空分布特征和变化趋势,确定区域排放和源/汇分布。近年来基于红外光谱技术的地基遥感成为监测大气氨气浓度和垂直廓线的高精度技术。在地基红外遥感反演中,反演气体浓度垂直廓线一般是基于分子吸收线参数数据库(例如HITRAN数据库)进行光谱吸收线拟合,通过不断更新反演参数,使得拟合光谱和观测光谱残差最小,以此获得不同高度的浓度信息。因此大气氨气廓线的反演准确度依赖分子线参数的准确性。然而HITRAN数据库中在中红外波段氨气分子吸收线强的不确定度约为20%,展宽系数的不确定度为10%,分子线参数大的不确定性影响了气体廓线反演的准确度。因此,为了准确反演大气不同高度的氨气浓度,需要研究不同压强和温度下的氨气分子线参数,尤其要建立准确的分子吸收线线型。在地基遥感对实际测量光谱进行分析拟合过程中,光谱的吸收线型将直接影响光谱拟合的结果,而光谱的吸收线型随着气体压强 ...
【技术保护点】
1.一种氨气分子吸收线参数的中红外光谱测量系统,其特征在于,包括:中红外光源(1)、聚焦抛物面镜a(2)、光阑(3)、准直抛物面镜(4)、平面镜a(5)、高分辨率FTIR干涉仪(6)、平面镜b(7)、聚焦抛物面镜b(8)、气体样品池(9)、滤光片(10)、碲镉汞(MCT)探测器(11)、进气口(12)、气体质量流量控制计(13)、抽气泵(14)、水冷却系统(15)、液氮罐(16)、密封箱(17)、真空泵(18)和计算机(19);所述光源(1)提供中红外波段的光;所述聚焦抛物面镜a(2)把光源(1)发出的光束进行聚焦;所述光阑(3)用于控制进入测量系统的光通量,防止碲镉汞(MCT)探测器(11)饱和;所述准直抛物面镜(4)把光阑(3)出射的发散光变成平行光;所述平面镜a(5)把准直抛物面镜(4)反射的平行光反射到高分辨率FTIR干涉仪(6)内;所述高分辨率FTIR干涉仪(6)把入射的平行光变成相干的平行光出射;所述平面镜b(7)把高分辨率FTIR干涉仪(6)出射的平行光反射到聚焦抛物面镜b(8);所述聚焦抛物面镜b(8)把FTIR干涉仪(6)出射的平行光聚焦到气体样品池(9);所述滤光片 ...
【技术特征摘要】
1.一种氨气分子吸收线参数的中红外光谱测量系统,其特征在于,包括:中红外光源(1)、聚焦抛物面镜a(2)、光阑(3)、准直抛物面镜(4)、平面镜a(5)、高分辨率FTIR干涉仪(6)、平面镜b(7)、聚焦抛物面镜b(8)、气体样品池(9)、滤光片(10)、碲镉汞(MCT)探测器(11)、进气口(12)、气体质量流量控制计(13)、抽气泵(14)、水冷却系统(15)、液氮罐(16)、密封箱(17)、真空泵(18)和计算机(19);所述光源(1)提供中红外波段的光;所述聚焦抛物面镜a(2)把光源(1)发出的光束进行聚焦;所述光阑(3)用于控制进入测量系统的光通量,防止碲镉汞(MCT)探测器(11)饱和;所述准直抛物面镜(4)把光阑(3)出射的发散光变成平行光;所述平面镜a(5)把准直抛物面镜(4)反射的平行光反射到高分辨率FTIR干涉仪(6)内;所述高分辨率FTIR干涉仪(6)把入射的平行光变成相干的平行光出射;所述平面镜b(7)把高分辨率FTIR干涉仪(6)出射的平行光反射到聚焦抛物面镜b(8);所述聚焦抛物面镜b(8)把FTIR干涉仪(6)出射的平行光聚焦到气体样品池(9);所述滤光片(10)使通过气体样品池(9)后的中红外波段的光达到碲镉汞(MCT)探测器(11);所述碲镉汞(MCT)探测器(11)响应中红外波段的光,生成干涉信号;气体样品池(9)由进气口(12)通入干燥氮气或氨气标准气体,气体样品池(9)的出气口连接一个气体质量流量控制计(13)和抽气泵(14),抽气泵(14)抽取气体到气体样品池(9),气体质量流量控制计(13)用于控制气体流量;所述水冷却系统(15)用于对中红外光源(1)进行冷却降温;所述液氮罐(16)中的液氮用于对碲镉汞(MCT)探测器(11)进行制冷,降低探测器噪声;中红外光源(1)、聚焦抛物面镜a(2)、光阑(3)、准直抛物面镜(4)、平面镜a(5)、高分辨率FTIR干涉仪(6)、平面镜b(7)、聚焦抛物面镜b(8)、气体样品池(9)、滤光片(10)和碲镉汞(MCT)探测器(11)共同置于密封箱(17)内;所述真空泵(18)置于密封箱(17)附近,用于抽取密封箱(17)内气体使之处于近真空状态,避免密封箱(17)内气体对测量的干扰,其中,所述的近真空是指气压小于100Pa;所述进气口(12)传输的气体在气体质量流量控制计(13)和抽气泵(14)的作用下通过气体传输气路进入气体样品池(9),由碲镉汞(MCT)探测器(11)采集FTIR干涉仪(6)出射的相干光束通过气体样品池(9)后的红外干涉图;所述光阑(3)、高分辨率FTIR干涉仪(6)和真空泵(18)均由所述计算机(19)控制,将碲镉汞(MCT)探测器(11)采集的干涉图输入计算机(19)中,通过快速傅里叶变换算法获得光谱图,并通过计算机(19)对获得的光谱图分析获得氨气的分子线参数。
2.根据权利要求1所述的氨气分子吸收线参数的中红外光谱测量系统,其特征在于:所述光源(1)是中红外光源,波长覆盖范围为350-8000cm-1;所述的光阑(3)是由0.5mm、1.0mm、1.5mm、1.7mm和2.0mm孔径大小的一组固定孔径的光阑安装在转动轮上的光阑组。
3.根据权利要求1所述的氨气分子吸收线参数...
【专利技术属性】
技术研发人员:王薇,谢宇,单昌功,
申请(专利权)人:中国科学院合肥物质科学研究院,合肥学院,
类型:发明
国别省市:安徽;34
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