一种基于球载的大气边界层NO2垂直探测系统的制作方法

本发明属于大气污染监测领域，具体涉及一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统。

背景技术：

近年来，大气边界层(陆地以上300～1000米)污染已成为严重制约国家经济发展和人民身体健康的一大障碍，其中NO₂是生成臭氧、二次气溶胶等光化学污染物最重要的前体之一，是形成酸雨、酸雾和光化学烟雾的主要来源，危及人类健康安全。因此燃眉之急是研发大气边界层NO₂的高分辨垂直探测技术，突破高空探测复杂性与稳定性问题，实时探明大气边界层NO₂浓度分布状况，实现对大气污染在线监测评估与及时预警。

传统NO₂检测设备基于光谱吸收原理，结构复杂、体积庞大，不能满足高空探测便携之需，因此为实时探明大气边界层垂直方向上大气NO₂浓度分布，设计了基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统。

技术实现要素：

本发明目的是基于球载平台，高分辨在线探测大气边界层垂直方向上NO₂浓度分布状况。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统，其特征在于：所述系统包括高空数据采集与调理模块、高空数传模块、探空气球装置、陆地数传模块、陆地数据分析模块；所述高空数据采集与调理模块中NO₂电化学传感器、参比电化学传感器与低温漂信号放大与滤波电路连接，温湿度传感器、GPS模块、电源模块及低温漂信号放大与滤波电路与DSP主控板连接；所述高空数传模块包括无线串口透传模块，与高空数据采集与调理模块连接；所述探空气球装置承载高空数据采集与调理模块、高空数传模块；所述陆地数传模块中无线串口透传模块与USB转串口模块连接，接收高空数传模块的无线传输信号；所述陆地数据分析模块与陆地数传模块连接，其中LabVIEW2015平台与Origin8平台连接。

所述的一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统，其特征在于：所述高空数据采集与调理模块中NO₂电化学传感器采用Alphasense公司NO₂-B43F高分辨传感器，用于探测边界层NO₂浓度信息；参比传感器采用Alphasense公司H₂S-B4高分辨传感器，用来校正NO₂电化学传感器因H₂S气体交叉干扰而出现的输出偏差；低温漂信号放大与滤波电路采用Alphasense公司的ISB变送板，确保电化学传感器正常工作的同时，对电化学传感器输出的电流信号进行电流—电压转换、放大及滤波供DSP主控板处理；温湿度传感器采用Honeywell公司HIH6130数字温湿度传感器，用以获取边界层环境温度信息与湿度信息，校正电化学传感器因温湿度变化而出现的输出偏差；GPS模块采用Telit公司Jupiter JF2系列定位模块，用于实时获取探测装置在空中高度；DSP主控板采用TI公司32位TMS320F28335为主控芯片，综合采集与处理浓度、温湿度及高度信息，实时反演、校正边界层不同高度NO₂浓度以及驱动无线数传模块发送最终数据；电源模块采用3节南孚5号电池串联AMS1117-3.3稳压器的方式获取3.3V电压，为DSP主控板长期供电。

所述的一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统，其特征在于：所述高空数传模块采用亿佰特公司E32-TTL-100在433M频段通信的无线串口透传模块，将边界层所探测数据传输至陆地数传模块。

所述的一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统，其特征在于：所述探空气球装置采用Smile牌2000g气象探空气球，用以搭载探测装置升空。

所述的一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统，其特征在于：所述陆地数传模块接收信号部分采用亿佰特公司E32-TTL-100在433M频段通信的无线串口透传模块，用以接收高空数传模块所传来数据；USB转串口模块采用亿佰特公司E15-USB-T2转换模块，用以实现陆地数传接收模块与LabVIEW2015平台的通信。

所述的一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统，其特征在于：所述陆地数据分析模块基于LabVIEW2015平台编程通过串口接收、处理陆地数传模块所传来数据，实时显示和存储边界层NO₂浓度、温湿度及高度信息；基于Origin8平台对存储数据进行拟合分析，获取边界层NO₂浓度分布状况与变化趋势。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明采用2个高灵敏度、分辨率电化学传感器，分别用于探测与扣除交叉干扰，从源头上突破了探测的精准度，并基于温湿度信息进行偏差修正；采用小型电化学传感器的方式探测边界层NO₂，便于探空气球搭载，低成本攻克了高空探测大气的稳定性与可靠性难题，并可鉴于此拓展为高密度网络化监测大气污染气体；采用基于433M低频段的无线串口传输解决了远距离传输的干扰透射问题；采用32位浮点型28335DSP为中央控制单元，信号处理速度快，内部12位ADC资源避免了外接A/D电路的噪声干扰；采用图形化编程形式的LabVIEW2015平台显示高空探测的信息及存储数据，交互界面优良、简洁明了展示探测结果，本发明相比传统NO₂检测设备更便携、更适合高空探测，可实现对大气边界层NO₂浓度的高分辨率垂直探测。

附图说明

图1为本发明的总体框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明：

如图1所示，一种基于球载的大气边界层NO₂垂直探测系统，其特征在于：所述系统包括高空数据采集与调理模块、高空数传模块、探空气球装置、陆地数传模块、陆地数据分析模块；所述高空数据采集与调理模块中NO₂电化学传感器、参比电化学传感器与低温漂信号放大与滤波电路连接，温湿度传感器、GPS模块、电源模块及低温漂信号放大与滤波电路与DSP主控板连接，其中NO₂电化学传感器采用Alphasense公司NO₂-B43F高分辨传感器，用于探测边界层NO₂浓度信息；参比传感器采用Alphasense公司H₂S-B4高分辨传感器，用来校正NO₂电化学传感器因H₂S气体交叉干扰而出现的输出偏差；低温漂信号放大与滤波电路采用Alphasense公司的ISB变送板，确保电化学传感器正常工作的同时，对电化学传感器输出的电流信号进行电流—电压转换、放大及滤波供DSP主控板处理；温湿度传感器采用Honeywell公司HIH6130数字温湿度传感器，用以获取边界层环境温度信息与湿度信息，校正电化学传感器因温湿度变化而出现的输出偏差；GPS模块采用Telit公司Jupiter JF2系列定位模块，用于实时获取探测装置在空中高度；DSP主控板采用TI公司32位TMS320F28335为主控芯片，综合采集与处理浓度、温湿度及高度信息，实时反演、校正边界层不同高度NO₂浓度以及驱动无线数传模块发送最终数据；电源模块采用3节南孚5号电池串联AMS1117-3.3稳压器的方式获取3.3V电压，为DSP主控板长期供电；所述高空数传模块包括无线串口透传模块，与高空数据采集与调理模块连接，高空数传模块采用亿佰特公司E32-TTL-100在433M频段通信的无线串口透传模块，将边界层所探测数据传输至陆地数传模块；所述探空气球装置承载高空数据采集与调理模块、高空数传模块，探空气球装置采用Smile牌2000g气象探空气球，搭载探测装置升空；所述陆地数传模块中无线串口透传模块与USB转串口模块连接，接收高空数传模块的无线传输信号，陆地数传模块接收信号部分采用亿佰特公司E32-TTL-100在433M频段通信的无线串口透传模块，接收高空数传模块所传来数据；USB转串口模块采用亿佰特公司E15-USB-T2转换模块，实现陆地数传接收模块与LabVIEW2015平台的通信；所述陆地数据分析模块与陆地数传模块连接，其中LabVIEW2015平台与Origin8平台连接，陆地数据分析模块基于LabVIEW2015平台编程通过串口接收、处理陆地数传模块所传来数据，实时显示和存储边界层NO₂浓度、温湿度及高度信息；基于Origin8平台对存储数据进行拟合分析，获取边界层NO₂浓度分布状况与变化趋势。