[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

说明书

技术领域

本发明涉及大气环境监测与遥感领域，具体是一种探测高精度大气CO₂垂直廓线的探空装置及方法。

背景技术

大气CO₂是一种温室气体，在辐射强迫、气候变化等领域扮演着重要角色。目前大气CO₂垂直廓线的探测手段主要有卫星遥感、航空遥感、激光雷达及探空气球等。采用气象探空气球作为载体搭载高性能CO₂传感器探测大气CO₂的垂直廓线具有其他探测手段无法达到的优点，比如高精度、高分辨率、无盲区(无过渡区)等。大气CO₂高分辨率垂直分布(廓线)数据及其变化特征，对污染物扩散规律与输运路径、卫星对地遥感以及空间技术等国家安全战略高技术发展研究具有十分重要的价值。同时大气CO₂空间分布是大气气候变化研究(如气候模式与模拟研究)、环境变化评估的基础数据。目前对大气CO₂的源汇分布及其时空变化的理解还存在重大的不确定性，研究CO₂的源与汇以及碳浓度的变化趋势要求高的探测精度。中国作为世界气象组织成员国中的一个气象大国，在垂直空间探测领域对自主知识产权的仪器与装备具有很大的需求，但我们国家在此类探测仪器与装备的核心技术(包括观测方法和算法)研究方面与世界发达国家相比还存在很大差距。

目前，探测高精度大气CO₂垂直廓线的探空装置及方法研究较少，所报道的系统或者结构比较复杂、或者价格比较昂贵，或者获得的探测精度还比较低。本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提出一种实用性强、智能化程度高、使用方便的用于大气CO₂垂直廓线探测的系统及其方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种探测高精度大气CO₂垂直廓线的探空装置及方法，能够实现大气CO₂的测量，以解决现有技术中测量精度低、成本高、体积大等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

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。

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；