[发明专利]基于宽带光源夜间大气污染气体垂直分布遥测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学遥感测量方法技术领域，尤其涉及一种基于宽带光源夜间大气污染气体垂直分布遥测装置及方法。

背景技术

随着现代化工业社会的迅猛发展，大气中的SO2，NOx 等有害气体日益增多。痕量气体垂直廓线的监测，对于研究痕量气体光化学反应和区域输送机制具有重要意义。然而现有方法中大都不能实现夜间测量痕量气体垂直分布。如何在夜间对痕量气体进行监测，从而对这些气体做出更加全面准确的定量分析已迫在眉睫。

目前能够在夜间遥测低层污染气体浓度水平、垂直分布的主要方法有：长光程差分吸收光谱技术、激光雷达技术等。长光程差分吸收技术需要在固定位置安装反射镜、系统复杂，不适合机动灵活、灵活地探测低层污染气体的分布。激光雷达设备昂贵、发出的激光具有一定的危险性，不宜用于气体探测。因此，低成本、灵活、非接触式的夜间观测污染气体的垂直分布成为必要。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于宽带光源夜间大气污染气体垂直分布遥测装置及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于宽带光源夜间大气污染气体垂直分布遥测装置，包括有LED发射系统、望远镜接收系统、光谱仪、CCD探测器和计算机，将所述的光谱仪和CCD探测器放在恒温箱中，所述的望远镜接收系统接收到的LED发射系统的散射光，经光纤导入位于恒温箱中的光谱仪，经光谱仪分光散射后成像在CCD探测器上，经模数转换后送入计算机中处理。

在所述的LED发射系统及望远镜接收系统上均配置有赤道仪，可根据不同方位、不同高度的目标调整仰角及方位角，并在LED发射系统及望远镜接收系统上还分别配备了激光瞄准器，以便夜间进行准直。

一种基于宽带光源夜间大气污染气体垂直分布遥测方法，使用LED蓝光作为光源，采用收发分离的双基模式对夜间污染气体浓度进行观测；首先，通过采集无目标污染气体或其浓度极低时的LED散射光谱作为参考谱；其次调节LED发射系统光路及望远镜接收系统光路，使两者交汇点位于探测目标区域内，使用望远镜接收系统及光谱仪进行光谱采集，经光谱仪分光散射后成像在CCD探测器上，再经模数转换后送入计算机中，计算机结合参考谱应用最小二乘法解析出目标物与采集装置之间的浓度，通过调整LED光源发射角度及望远镜接收装置角度，可探测出不同位置、不同距离处的目标污染气体浓度，同时，可根据采集的光谱变化来探测出目标气体污染云团的形状及大小。

采用的赤道仪，能实现方位角0°~360°自由调整、赤道仪与支架配合使用亦能实现仰角0°~90°调整。

1、能够在夜间实现对大气污染气体的监测、可在各种气象情况下实现夜间连续观测；

2、LED光源系统及望远镜接收系统均配有赤道仪、支架、激光瞄准器，可根据测量需求调整方位角和仰角，即可探测出污染气体的垂直分布状况；

3、根据接收到的光谱强度信息，可探测出污染气体云团形状及大小。

本发明的优点是：本发明可以实现夜间对污染气体的浓度观测，可通过调整装置角度遥测出污染气体垂直分布状况，可应用与底层污染气体的分布研究，此系统装置能应用于事故区域、火山口、电厂等环境下，为环保部门对污染气体水平评估提供技术及数据支持；可用于大气化学研究，为大气化学模型提供数据。

附图说明

图1为本发明基于宽带光源的夜间大气污染气体垂直分布遥测方法图。

图2为本发明基于宽带光源的夜间大气污染气体垂直分布遥测装置图。

具体实施方式

如图2所示，一种基于宽带光源夜间大气污染气体垂直分布遥测装置，包括有LED发射系统1、望远镜接收系统2、光谱仪3、CCD探测器4和计算机5，将所述的光谱仪3和CCD探测器4放在恒温箱6中，所述的望远镜接收系统2接收到的LED发射系统1的散射光，经光纤7导入位于恒温箱6中的光谱仪3，经光谱仪3分光散射后成像在CCD探测器4上，再经模数转换后送入计算机5中处理。

在所述的LED发射系统1及望远镜接收系统2上均配置有赤道仪，可根据不同方位、不同高度的目标调整仰角及方位角，并在LED发射系统1及望远镜接收系统2上还分别配备了激光瞄准器，以便夜间进行准直。

如图1所示，一种基于宽带光源夜间大气污染气体垂直分布遥测方法，使用LED蓝光作为光源，采用收发分离的双基模式对夜间污染气体浓度进行观测；首先，通过采集无目标污染气体或其浓度极低时的LED散射光谱作为参考谱；其次调节LED发射系统1光路及望远镜接收系统2光路，使两者交汇点位于探测目标区域内，使用望远镜接收系统2及光谱仪3进行光谱采集，经光谱仪3分光散射后成像在CCD探测器4上，再经模数转换后送入计算机5中，计算机5结合参考谱应用最小二乘法解析出目标物与采集装置之间的浓度，通过调整LED光源发射角度及望远镜接收装置角度，可探测出不同位置、不同距离处的目标污染气体浓度，同时，可根据采集的光谱变化来探测出目标气体污染云团的形状及大小。如图1所示，可直接测量出α、β、L，通过三角函数可求出光程S以及测量目标高度h。