[发明专利]一种温室气体与挥发性有机物体积浓度与柱浓度监测系统与监测方法

权利要求书

1.一种温室气体与挥发性有机物体积浓度与柱浓度的监测系统，其特征在于，包括有太阳跟踪装置、气体红外吸收装置、光路切换装置和红外光谱测量与控制装置；所述太阳跟踪装置包括太阳跟踪器与GPS接收器，GPS接收器用于接收方位与时间信息；太阳跟踪器将太阳光导入至光路切换装置中；

气体红外吸收装置包括进样口、红外光源、气体吸收池和采样泵，所述采样泵用于将所测量温室气体与挥发性有机物经采样口抽取至气体吸收池，气体在气体吸收池中对红外光源发出的红外光产生吸收，气体吸收后的红外光进入光路切换装置中；

红外光谱测量与控制装置包括近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪与计算机；

所述光路切换装置包括第一电动翻转反射镜、第二电动翻转反射镜、第三电动翻转反射镜、固定反射镜和分束镜；第一电动翻转反射镜用于反射太阳跟踪装置出射光至主光路外，第二电动翻转反射镜用于反射气体红外吸收装置出射的红外光至主光路外；第三电动翻转反射镜用于将太阳跟踪装置出射光反射至固定反射镜，固定反射镜同时还接收红外吸收装置出射的红外光，分束镜用于将固定反射镜的出射光路分为近红外光路与中红外光路并分别送入近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪；

计算机与所述第一电动翻转反射镜、第二电动翻转反射镜、第三电动翻转反射镜连接，控制第一电动翻转反射镜、第二电动翻转反射镜、第三电动翻转反射镜工作切换光路；其中，当第一电动翻转反射镜不工作、第二电动翻转反射镜和第三电动翻转反射镜工作时，近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪测量获得气体的柱浓度；当第一电动翻转反射镜工作、第二电动翻转反射镜和第三电动翻转反射镜不工作时，近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪测量获得气体的体积浓度；

所述计算机还与近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪、太阳跟踪器、GPS接收器连接，实时采集测量结果并显示。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，还包括两个光收集器，分别用于收集第一电动翻转反射镜反射出主光路外的太阳跟踪装置出射光和第二电动翻转反射镜反射出主光路外的气体红外吸收装置出射的红外光。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，太阳跟踪装置与气体红外吸收装置之间的光路切换时间间隔为30秒至5分钟。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述近红外傅里叶变换光谱仪用于测量二氧化碳与甲烷的体积浓度或柱浓度，中红外傅里叶变换光谱仪用于测量烷烃、烯烃与一氧化二氮的体积浓度或柱浓度。

5.一种基于权利要求1所述监测系统的温室气体与挥发性有机物监测方法，其特征在于，包括体积浓度与柱浓度的监测，具体为：

由计算机控制第一电动翻转反射镜、第二电动翻转反射镜、第三电动翻转反射镜工作切换光路；其中，当第一电动翻转反射镜不工作、第二电动翻转反射镜和第三电动翻转反射镜工作时，近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪测量获得气体的柱浓度；当第一电动翻转反射镜工作、第二电动翻转反射镜和第三电动翻转反射镜不工作时，近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪测量获得气体的体积浓度；

近红外傅里叶变换光谱仪与中红外傅里叶变换光谱仪先后测量背景光谱与从太阳跟踪装置或气体红外吸收装置出射的透射光谱，其中，由计算机控制第一电动翻转反射镜、第二电动翻转反射镜、第三电动翻转反射镜工作切换光路，当第一电动翻转反射镜不工作、第二电动翻转反射镜和第三电动翻转反射镜工作时，近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪测量从太阳跟踪装置出射的透射光谱，当第一电动翻转反射镜工作、第二电动翻转反射镜和第三电动翻转反射镜不工作时，近红外傅里叶变换光谱仪、中红外傅里叶变换光谱仪测量气体红外吸收装置出射的透射光谱；

计算背景光谱与透射光谱的差值获得气体吸收光谱；对气体吸收光谱经反演算法反演，得到气体的体积浓度或柱浓度；其中，体积浓度定义为单位体积内的气体组分质量，由根据气体红外吸收装置获得的气体吸收光谱反演计算获得，柱浓度定义为体积浓度在竖直方向上的积分，由根据太阳跟踪装置获得的气体吸收光谱反演计算获得；

经光谱反演算法得到的气体体积浓度与柱浓度，结合GPS的时间与经纬度信息在地图上进行实时显示。