[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

说明书

本发明提供了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。该系统利用太阳跟踪装置将太阳光自动、稳定导入至光路切换装置，同时提供实时方位与时间信息。利用气体红外吸收装置将被气体部分吸收后的红外光进入光路切换装置。利用光路切换装置实现光路在太阳跟踪装置与气体红外吸收装置之间的自动切换，并将出射光路分为近红外光路与中红外光路送入至红外光谱测量与控制装置测量气体的近红外光谱与中红外光谱，同时使用计算机对整套系统进行控制并对光谱数据进行反演获得气体的体积浓度与柱浓度。本发明可应用于多场景下的温室气体与挥发性有机物体积浓度与柱浓度的实时监测，如固定点使用或车载、船载、机载等移动平台使用。

技术领域

本发明属于环境监测与光学遥感领域，尤其涉及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。

背景技术

温室气体能够产生温室效应，导致全球变暖。同时，挥发性有机物是大气臭氧与细颗粒物等污染物的关键前体物。因此，准确测量温室气体与挥发性有机物的体积浓度与柱浓度在生态环保、节能减排与气候变化领域具有重要意义。目前，针对大气中温室气体和挥发性有机物体积浓度测量主要采用气相色谱、质谱与腔衰荡光谱等技术；针对柱浓度测量则采用差分吸收光谱与太阳掩星通量等技术。其中，差分吸收光谱技术使用紫外-可见波段，可以测量氮氧化物、二氧化硫与甲醛的排放；而太阳掩星通量技术则使用中红外波段，可以测量挥发性有机物排放和氨气的排放。

在我国已公布的发明专利中，授权公告号为CN101694461 B的专利涉及一种污染源气体排放通量红外多组份监测方法与系统，该专利可以测量气体柱浓度但是无法实现气体柱浓度与体积浓度的复合测量。授权公告号为CN102944530B专利涉及一种温室气体柱浓度实时遥测系统与方法，该专利只能用于固定站房内测量温室气体柱浓度，无法测量温室气体体积浓度与挥发性有机物的柱浓度与体积浓度，同时无法被应用于移动平台上。

因此，针对以上问题，本发明提出一种可用于多平台实时测量温室气体与挥发性有机物体积浓度与柱浓度的监测系统与监测方法。

发明内容

针对目前温室气体与挥发性有机物体积浓度与柱浓度监测技术的局限，本发明提供一种实时测量温室气体与挥发性有机物体积浓度与柱浓度的监测系统与监测方法。

本发明所采取的技术方案为：

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，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(近红外FTIR)、中红外傅里叶变换光谱仪(中红外FTIR)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。