[发明专利]基于光谱法的船舶尾气二氧化硫紫外成像定标装置及方法

说明书

本发明公开了基于光谱法的船舶尾气二氧化硫紫外成像定标装置，包括数据处理与显示单元，还包括信号通道的紫外成像装置、参考通道的紫外成像装置以及中间光谱通道的光谱接收装置，信号通道的紫外成像装置包括第一光学接收镜头、第一滤光片和第一紫外SO₂相机；参考通道的紫外成像装置包括第二光学接收镜头、第二滤光片和第二紫外SO₂相机；中间光谱通道的光谱接收装置包括光谱光学接收镜头、接收光纤和光谱仪，还公开了基于光谱法的船舶尾气二氧化硫紫外成像定标方法，本发明结构简单，操作方便，定标精度高，实时性好。

技术领域

本发明涉及污染气体紫外成像遥感技术领域，尤其涉及基于光谱法的船舶尾气二氧化硫紫外成像定标装置，还涉及基于光谱法的船舶尾气二氧化硫紫外成像定方法。

背景技术

水上运输的发展是推动经济发展的强大动力，同时船舶污染尾气排放对沿海城市空气质量带来了很严重的压力，其中SO₂气体排放是造成大气污染中的重要因素，全球每年远洋船舶排放的SO₂总量约为4.7～6.5Tg，占到人为源排放的8％。如文献1(IntroductionAbout Present Situation and Countermeasures of Emissions on Ship ExhaustPollutants in China,Journal of Green Science and Technology,2018(02):53-54+58)；SO₂易被氧化产生硫酸雾或硫酸盐气溶胶，在大气化学过程中产生酸雨，严重危害大气生态环境平衡及人类健康。船舶尾气SO₂气体排放是动态变化的，属于移动污染源，气体无形影且具有流动性，远距离准确探测SO₂浓度在技术上是一项极大的挑战。

现有光学SO₂遥感测量技术，多种机理的光学遥感技术被陆续提出，如拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外吸收光谱技术(FTIR)、紫外差分吸收光谱仪技术(DOAS)、高分辨光谱成像技术等，具有高精度，对SO₂监测带来的极大便利性，但难以兼顾气体污染监测对高时间分辨率、高空间分辨率以及便携机动等应用需求。近年来，紫外成像探测技术具有高灵敏度、高时间分辨率和高空间分辨率，能够直观在线解析出污染气体浓度在空间中任意位置的二维分布及随时间的排放率，在监测船舶尾气SO₂排放展现出优越的技术性能。

紫外SO₂成像遥感监测系统是一个具有两个光学通道的成像遥感仪器，两个通道分别是信号通道和参考通道，每个光学通道分别放置了中心波长不同的滤光片，通过两通道内的气体分子对太阳散射光吸收率的不同来分离出目标气体的光谱信号。如文献2(Theoretical description of functionality,applications,and limitations of SO₂cameras for the remote sensing of volcanic plumes,Atmospheric MeasurementTechniques,3,733-749,2010)；通常反演得到SO₂光学厚度，再通过定标曲线来最终获得SO₂浓度。