[发明专利]一种探测高精度大气CO2垂直廓线的探空装置及方法

权利要求书

1.一种探测高精度大气CO₂垂直廓线的探空装置，其特征在于：包括大气CO₂测量单元、数据发射单元、数据接收单元，其中：

大气CO₂测量单元包括圆柱形不锈钢管结构的光学气室、由单片机构建的数据采集与控制电路板、过滤器、气泵、流量计、锂电池组，光学气室内一端设置有红外光源，光学气室内另一端设置有双通道红外探测器，光学气室设置有双通道红外探测器的一端还设置有出气口，光学气室设置有红外光源的一端还设置有进气口，所述气泵进气口通过过滤器与外部气源连接，气泵出气口与流量计进气口连接，流量计出气口与光学气室进气口连接，所述数据采集与控制电路板通过光源驱动电路与光学气室内红外光源连接以发送驱动信号，数据采集与控制电路板通过放大滤波电路与光学气室内双通道红外探测器连接，数据采集与控制电路板还与数据发射单元通讯连接，所述锂电池组供电至大气CO₂测量单元、数据发射单元；

数据发射单元包括发射电路板，发射电路板上接入有GPS模块、温湿压模块、发射天线，大气CO₂测量单元中数据采集与控制电路板与发射电路板通讯连接；

数据接收单元包括计算机、接入计算机的接收机、接入接收机的接收天线，数据接收单元的计算机通过接收机、接收天线与数据发射单元通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种探测高精度大气CO₂垂直廓线的探空装置，其特征在于：大气CO₂测量单元中，光学气室内红外光源工作在脉冲调制方式下，工作电压在5.7V～6.3V之间；

光学气室内双通道红外探测器上不同通道装有中心波长不同的滤光片，其中滤光片中心波长为4.26μm对应CO₂的强吸收通道，另一通道滤光片中心波长为3.91μm作为参考通道，大气CO₂气体在此波段不吸收；

放大滤波电路对双通道探测输出的微弱信号进行放大、滤波，放大倍数为10⁴～10⁵量级；

光源驱动电路产生频率为1Hz、幅值为6V、占空比为50％的脉冲方波驱动红外光源；

数据采集与控制电路板由超低功耗单片机MSP430F149构建而成，且单片机MSP430F149的P6.4、P6.5管脚分别一一对应连接经放大滤波后的CO₂强吸收通道和参考通道，单片机MSP430F149的P5.4脚接光源驱动电路的触发端，单片机的P3.4脚数据输出端与数据发射单元的发射电路板连接，单片机MSP430F149的定时器A产生定时0.5s产生中断，产生频率为1s、占空比为50％的PWM信号，单片机MSP430F149采用内置12位模数转换器实现两个通道的数据采集，且采样模式采用序列通道单次转换模式。

3.根据权利要求1所述的一种探测高精度大气CO₂垂直廓线的探空装置，其特征在于：数据发射单元中，温湿压模块用于测量所处环境中的气象参数，温度传感器采用热敏电阻，气压传感器采用硅压组模块，湿度传感器采用湿敏电容模块；

GPS模块用于接收GPS卫星信号，实时确定出探空装置所处位置的三维坐标；

发射电路板对GPS模块接收到的定位信号、温湿压模块测量的气象参数以及大气CO₂测量单元测量的大气CO₂浓度信号转换成统一的二进制码格式以便于传输，发射电路板对转换成统一编码的二进制码数据进行FSK调制和功率放大，保证向数据发射单元的发射天线输送的射频功率达到150～200mW。

4.根据权利要求1所述的一种探测高精度大气CO₂垂直廓线的探空装置，其特征在于：数据接收单元中，计算机负责数据的存储与反演、显示；接收机实现对接收的二进制码数据进行FSK解调、接收机内部的整形电路还原出TTL电平的二进制码，由接收机内部的微控制器完成数据转换以9600波特率的速率经USB口送往终端计算机。