[发明专利]基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量方法领域，具体的说是一种用于大气污染成分日夜遥测装置。

背景技术

日益严峻的大气污染使得人们越来越关注对大气痕量气体时空分布的研究，例如NO2、SO2等对人体有害的气体，成为各级环保部门长期监测的项目，HCOH、BrO、O3、NO2以及NO3等在大气化学中起到了重要的作用，其在大气中的浓度成为许多研究机构希望获得的数据。现在的测量技术主要是传统的化学点式测量方法和光学遥测的方法，光学遥测的方法方便获得整层大气的痕量气体浓度，可以同时监测多种气体，实现实时连续监测。相比而言点式化学方法只能提供测量点的数据，无法提供整层大气中测量气体的浓度，而且较难实现实时监测。

传统的光学遥测装置有长光程差分吸收光谱系统、分光光度计和散射太阳光差分吸收光谱系统。其中长光程差分吸收光谱系统虽然可以日夜监测，但是需要配备光源，系统复杂、笨重，运输、安装、拆卸都很复杂；分光光度计和散射太阳光差分吸收光谱系统只能用于白天测量，无法日夜监测。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，可以日夜监测，多种气体同时测量，获得污染气体的垂直柱浓度和柱垂直分布信息，从而满足快速建立观测基站进行日夜测量的需要；且结构简单，携带方便，安装拆除快速。

本发明的技术解决方案：基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，所采用的测量装置是，可接收直射太阳光、月光、星光和散射太阳光，经光谱仪进行分光和AD转化，将光谱信息输入计算机，通过计算机利用相关算法进行反演，获得大气痕量气体的垂直柱浓度和垂直柱分布信息。

本发明具体包括：具有天体追踪功能的二维旋转平台系统、望远镜系统、光谱仪和计算机，其中：

所述具有天体追踪功能的二维旋转平台系统架设在三脚架上，该系统包括电机控制系统、水平转动电机、竖直转动电机、水平仪和指南针；水平仪用于二维旋转平台系统初始位置水平调节，保证天体追踪模式中的追踪精度和散射光测量模式中仰角精度，手动调节三角架，使通过水平仪判断平台是否水平；指南针用于天体追踪模式中望远镜初始指向调节和散射光测量模式中方位角的确定，手动调节，使架设在二维旋转平台上的望远镜指向指南针所指北方；电机控制系统包括单片机、GPS装置和自动导星装置，所述单片机内存储着太阳、月亮和星体的天体历法，所述GPS装置将测量点经度和纬度输入到单片机中，单片机根据地理信息、当地时间、天文历法计算出天体的位置，将位置转化成电机的控制命令，并将所述控制命令输出到水平转动电机和竖直转动电机，从而控制电机系统带动望远镜追踪天体；所述自动导星装置包括照相机和数字信号处理模块，照相机安装在望远镜系统中的寻星镜后，所追踪天体经过寻星镜成像在照相机上，照相机将图像信号转化成数字信号送至数字信号处理模块，数字信号处理模块判断所追踪天体是否在望远镜视场中心，将反馈信号输出至单片机，单片机根据天体历法控制水平转动电机和竖直转动电机带动望远镜系统追踪天体，并通过自动导星装置中数字处理模块的反馈信号校正追踪误差；

望远镜系统架设在二维旋转平台系统上，望远镜系统白天可接收直射太阳光和和散射太阳光，夜间可接收星光，实现获取直射太阳光和散射太阳光及星光的目的；所述望远镜系统包括望远镜前段装置、主镜和寻星镜；望远镜前段装置设置两种不同的前段装置，一个用于接收直射太阳光，另一个用于接收夜间月光、星光和散射太阳光；所述主镜实现会聚光、滤光和传导光，它包括会聚透镜、滤光片和传导光纤，会聚透镜将天体光会聚进光纤，滤光片为287nm-490nm紫外光波段的滤光片，滤除所需光谱波段以外的光束，减少杂散光，传导光纤将会聚透镜会聚后的光传输到光谱仪；寻星镜背负在主镜的镜筒上，与主镜共轴，使所追踪天体同时在寻星镜和望远镜主镜中成像，通过判断寻星镜的指向，即可得到望远镜主镜的指向；