主、被动一体的大气污染测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种主、被动一体的大气污染测量系统及测量方法。该测量方法为：主动状态工作时，光接收单元与光发射单元共轴，接收人工光源发射出的光；被动状态工作时，步进电机带动光接收单元转动到其它方向，接收太阳散射光。实现上述方法的测量系统，包括人工光源、位于远处的角反射镜、光学分光系统和计算机，还包括：光发射单元，与所述人工光源相邻设置；光接收单元，与所述人工光源、光发射单元设置在同一直线上，所述光学分光系统通过光纤与所述光接收单元连接；步进电机，与光接收单元连接，所述步进电机用于控制光接收单元在竖直平面内转动。本测量系统及测量方法既能够对地面附近大气环境污染进行测量，也能够对高层大气环境污染进行测量。

Air pollution measuring system and measuring method of main and passive air pollution

The invention relates to a main and passive air pollution measuring system and a measuring method. The measuring method is as follows: the active state when the light receiving unit is coaxial with a light emission, receiving artificial light source to emit light; passive work, stepper motor drives the light receiving unit is turned to the other direction, receiving the stray light of the sun. The measurement system for realizing the method, including the artificial light, is located in the far corner reflector, optical system and computer, also includes: a light emitting unit adjacent to the artificial light source is arranged; a light receiving unit, and the artificial light source, a light emitting unit is arranged in the same line, the optical branch the optical system through the optical fiber and the light receiving unit is connected; the stepper motor, and the light receiving unit is connected, the stepping motor is used to control the light receiving element to rotate in the vertical plane. The measurement system and measurement method can measure the atmospheric pollution near the ground, and also measure the pollution of the upper atmosphere.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境光学测量
，具体来说是涉及一种主、被动一体 的大气污染测量系统及测量方法。
技术介绍
目前对大气中污染气体，如二氧化氮、二氧化硫、臭氧的测量主要有空 气二氧化氮、二氧化硫、臭氧自动监测仪，和长程差分吸收光谱气体污染监 测装置。自动监测仪在监测时，通过采样管先将待测气体抽入到仪器内，使其与 某些物质进行化学反应，或用紫外光照射或利用紫外吸收原理进行测量，比 如二氧化氮分析仪工作时，先将二氧化氮转化成一氧化氮，再让一氧化氮与 过量的臭氧反应，产生激发态的二氧化氮，该激发态的二氧化氮很不稳定，很快跃迁回基态，并发射波长范围为600 3000nm的光，根据测得的发射光 强来确定一氧化氮的浓度，最后由一氧化氮浓度推算出二氧化氮浓度。臭氧 分析仪利用紫外吸收法，首先将样气通入吸收池，然后用紫外光照射，对比 被紫外吸收和没有紫外吸收的光，可以分析样气中臭氧的浓度。二氧化硫是 采用紫外荧光法，仪器一般由样品池、紫外光源、探测器构成，监测时，将 二氧化硫通入样品池，然后用波长190 300nm的紫外光照射，二氧化硫分 子吸收紫外光后跃迁至激发态，处于激发态的二氧化硫分子回到基态时，发 射出峰值波长在330nm附近的紫外荧光，该荧光强度与二氧化硫浓度呈线性 关系，进而再推算出二氧化硫浓度。但这类仪器的不足之处是每种仪器只能 测量一种污染物，仪器维护工作量大，而且只能在地面附近采样，不能对较 高区域的大气环境进行测量。对于长程差分吸收光谱气体污染监测装置，它是利用气体分子对某些波 长光的特征吸收原理工作的。目前市场上的长程差分吸收光谱仪都是主动工 作方式，其工作过程是发射接/收望远镜固定在一端，在距离500 1000m左右的地方放置一角反射镜，望远镜将人工光源(高压氙灯)发出的光发射出 去，经过角反射镜反射后再被望远镜接收，然后通过光纤将光传输到光谱仪 进行分光，光信号由探测器检测，并送入计算机进行光谱分析，反演出光路 经过区域中污染物的浓度。目前也有文章报道利用太阳散射光进行被动方式 工作，对高层大气污染物进行研究，但市场上未见相关的仪器设备出现。上面提到的自动分析仪器由于需要通过采样管抽取样气，因而只能在地 面附近进行点测量。主动长程差分吸收光谱气体污染监测装置的角反射镜需 要安装在建筑物上，因而也只能在地面附近进行测量，无法实现对大范围的 大气环境，特别是对高层大气环境进行观测研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能同时适用于地面附近大气环境和高层大气环 境的主、被动一体的大气污染测量方法。本专利技术的另一目的是提供一种使用上述测量方法的主、被动一体的大气 污染测量系统。本专利技术的目的是这样实现的一种主、被动一体的大气污染测量方法，通过计算机控制测量系统在主 动状态和被动状态之间切换；主动状态调整人工光源、光发射单元与位于远处的角反射镜处于同一 直线上，光接收单元与光发射单元共轴，接收由人工光源发出、经光发射单 元发射并由远处的角反射镜反射回的光，接收的光通过光纤传输到光学分光 系统进行分光、转化为电信号，电信号被送入计算机进行分析，得出所测气 体浓度；被动状态光接收单元的开口端对准天空，接收太阳散射光，接收的太 阳散射光通过光纤传输到光学分光系统进行分光、转化为电信号，电信号被 送入计算机进行分析，得出所测气体浓度；计算机控制步进电机运作，步进电机带动光接收单元在竖直平面内转动 光接收单元转至与光发射单元共轴时，所述主、被动一体的大气污染测量系 统处于主动状态，当光接收单元转动到其它方向，所述主、被动一体的大气 污染测量系统处于被动状态。5一种实现上述测量方法的主、被动一体的大气污染测量系统，包括人工 光源、位于远处的角反射镜、光学分光系统和计算机，该系统还包括 光发射单元，与所述人工光源相邻设置；光接收单元，与所述人工光源、光发射单元设于同一直线上，所述光发 射单元可在竖直平面内转动，所述光学分光系统通过光纤与所述光接收单元 连接；步进电机，与光接收单元连接，所述步进电机用于控制光接收单元在竖 直平面内转动。其中所述光发射单元包括第一平面反射镜和第一球面凹面反射镜，第 一球面凹面反射镜设置在靠近人工光源的一侧，所述第一球面凹面反射镜的 中心设有透光孔，人工光源发出的光穿过所述透光孔射到所述第一平面反射 镜上；所述光接收单元包括第二平面反射镜和第二球面凹面反射镜，所述第二球面凹面反射镜的中心设有光输出孔，所述光纤的入射端固定在所述光输出孔中；所述第二平面反射镜设在所述光接收单元的开口端，所述第二球面 凹面反射镜设在所述光接收单元远离开口的一端；所述人工光源为紫外-可见 光源。本专利技术主、被动一体的大气污染测量系统通过计算机设定系统主、被动 工作状态的转换，主动状态利用人工光源对地面附近大气环境污染进行测量， 可同时适用于白天和夜晚，被动状态利用太阳散射光主要用于对高层大气环 境污染进行测量，适用于白天。系统处于主动状态时，光接收单元与光发射单元共轴，人工光源发出的 光穿过所述透光孔后射到第一平面反射镜上，再由第一平面反射镜反射至第 一球面凹面反射镜，经第一球面凹面反射镜准直成平行光后发射到大气中去， 发射至大气中的光经远处的角反射镜反射回到测量系统，光接收单元开口端 对准反射回的光线方向，接收反射回的光，经第二球面凹面反射镜反射汇聚 在第二平面反射镜，再由第二平面反射镜反射至第二球面凹面反射镜中心的 光输出孔处，通过光纤传输到光学分光系统进行分光、转化为电信号，电信 号被送入计算机进行分析，得出所测气体浓度。计算机控制步进电机工作，步进电机带动光接收单元在竖直平面内转动， 光接收单元转到其它方向时，系统进入被动状态，光接收单元接收太阳散射6光，经第二球面凹面反射镜和第二平面反射镜反射汇聚在光输出孔，通过光 纤传输到光学分光系统进行分光、转化为电信号，电信号被送入计算机进行 分析，得出所测气体浓度。本专利技术由于采用了上述技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点 和积极效果本专利技术所提供的主、被动一体的大气污染测量方法，通过主动 状态和被动状态之间的切换，能同时适用于对地面附近大气环境污染和高层 大气环境污染的测量；本专利技术所提供的主、被动一体的大气污染测量系统， 通过计算机控制测量系统在主动状态和被动状态之间切换，将光发射单元和 光接收单元分开设置，且在光接收单元处连接步进电机，步进电机在计算机 的设定下控制光接收单元的转动，使整个系统能够在主、被动状态间切换， 使得本测量系统既能够对地面附近大气环境污染进行测量，也能够对高层大 气环境污染进行测量。附图说明通过以下本专利技术的实施例并结合附图的描述，示出本专利技术的其它优点和 特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中图1为本专利技术主、被动一体的大气污染测量系统的基本结构示意图。 其中1.人工光源；2.光发射单元；21.第一平面反射镜；22.第一 球面凹面反射镜；220.透光孔；3.光接收单元；31.第二平面反射镜； 32.第二球面凹面反射镜；320.光输出孔；4.步进电机；5.光纤； 6.光学分光系统；7.计算机。具体实施方式如图1所示的主、被动一体的大气污染测量系统，包括人工光源1、光 发射单元2、位于远处的角反射镜(图中未示出)、光接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主、被动一体的大气污染测量方法，其特征在于该方法通过计算机控制测量系统在主动状态和被动状态之间切换；　主动状态：调整人工光源、光发射单元与置于远处的角反射镜处于同一直线上，光接收单元与光发射单元共轴，接收由人工光源发出、经光发射单 元发射并由远处的角反射镜反射回的光，接收的光通过光纤传输到光学分光系统进行分光、转化为电信号，电信号被送入计算机进行分析，得出所测气体浓度；　被动状态：光接收单元的开口端对准天空，接收太阳散射光，接收的太阳散射光通过光纤传输到光学分光 系统进行分光、转化为电信号，电信号被送入计算机进行分析，得出所测气体浓度；　计算机控制步进电机运作，步进电机带动光接收单元在竖直平面内转动：光接收单元转至与光发射单元共轴时，所述主、被动一体的大气污染测量系统处于主动状态，当光接收单元 转动到其它方向，所述主、被动一体的大气污染测量系统处于被动状态。

【技术特征摘要】
1、一种主、被动一体的大气污染测量方法，其特征在于该方法通过计算机控制测量系统在主动状态和被动状态之间切换；主动状态调整人工光源、光发射单元与置于远处的角反射镜处于同一直线上，光接收单元与光发射单元共轴，接收由人工光源发出、经光发射单元发射并由远处的角反射镜反射回的光，接收的光通过光纤传输到光学分光系统进行分光、转化为电信号，电信号被送入计算机进行分析，得出所测气体浓度；被动状态光接收单元的开口端对准天空，接收太阳散射光，接收的太阳散射光通过光纤传输到光学分光系统进行分光、转化为电信号，电信号被送入计算机进行分析，得出所测气体浓度；计算机控制步进电机运作，步进电机带动光接收单元在竖直平面内转动光接收单元转至与光发射单元共轴时，所述主、被动一体的大气污染测量系统处于主动状态，当光接收单元转动到其它方向，所述主、被动一体的大气污染测量系统处于被动状态。2、 一种实现如权利要求1所述方法的主、被动一体的大气污染测量系统，包括人工光源、位于远处的角反射镜、光学分光系统和计算机，其特征在于该系统还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌，王珊珊，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]