多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测装置与方法与流程

本发明属于光学遥感测量领域，具体的说是一种多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测装置与方法。

背景技术：

化石燃料的大量使用，使得大量的有害物质如烟尘、氮氧化物、二氧化硫、挥发性有机物等被排放到大气中。这些污染组分之间能够相互转化并通过大气化学过程生成新的物质，从而使得环境问题日趋严重。因此具有高时间分辨率、高空间分辨率、可视化的测量方法已经成为必要，这将有助于了解各污染组分相互转化的化学动力学过程。为大气化学研究提供微动力学数据，以便环境治理部门提出快速合理的治理方案，更好的应对当前的环境问题。

目前光学光谱学技术测量污染气体的方法有差分吸收光谱技术、差分吸收激光雷达技术、傅里叶变换红外吸收光谱技术以及非色散红外光谱技术等，因为光学光谱技术的光谱精度高、稳定性好、可连续实时非接触测量已经成为污染气体的主流监测技术。可是这些仪器成本高，时间分辨率和空间分辨率小，不满足污染气体微动力学研究。因此具有高时间分辨率、高空间分辨率的测量仪器已经成为污染气体微动力学研究的必要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测方法与装置，该系统结构简单、易操作，高时间分辨率和高空间分辨率对污染源污染气体进行成像测量。

本发明通过以下技术方案予以实现：

多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测装置，其特征在于：包括有测量系统和校准系统，测量系统和校准系统之间的硬件装置相互独立；所述测量系统包括有接收望远镜、ccd探测器，接收望远镜和ccd探测器之间设置有旋转轮，旋转轮上安装有背景滤光片、目标气体滤光片，旋转轮还与第一电机连接，第一电机控制旋转轮引入和移出测量光路；所述校准系统包括有小视场双望远镜、光谱仪，小视场双望远镜与光谱仪通过光纤连接，小视场双望远镜置于旋转台上，旋转台与第二电机连接，第二电机控制小视场双望远镜以相同或不同观测角度采集光谱信息；所述ccd探测器、光谱仪均与计算机连接。

所述的多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测装置，其特征在于：所述测量系统置于一防护壳内，防护壳的内表面涂覆为黑色。

所述的多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测装置，其特征在于：所述校准系统采用小视场双望远镜进行校准测量。

多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）测量系统中的接收望远镜采集光谱信息，经背景滤光片成像于ccd探测器上，获得背景信息强度；

（2）测量系统中的接收望远镜采集光谱信息，选择带通滤光片为目标气体滤光片，经目标气体滤光片成像于ccd探测器上，获得目标信息强度；

（3）根据朗伯比尔吸收定律解析出目标气体的光学强度；

（4）校准系统的小视场双望远镜分别获取各自视场的光谱信息，经光纤传导到光谱仪，再由差分吸收原理解析小视场双望远镜各自视场内的目标气体实时柱浓度；

（5）把目标气体实时柱浓度与测量系统对应空间内的目标气体光学强度相结合，标定测量系统；

（6）最后根据线性最小二乘拟合方法获取目标气体柱浓度在空间的二维可视化分布信息。

本发明的主要特点为：

（1）以太阳散射光为光源，远距离紫外非色散成像，时间分辨率和空间分辨率高。

（2）测量系统和校准系统相互独立，互不干扰。

（3）校准系统采用小视场双望远镜，校准精度高，测量误差小。

（4）测量结果能直接再现目标气体柱浓度空间二维分布。

本发明的有益效果为：

本发明以太阳散射光为光源的非色散污染源污染气体柱浓度紫外成像遥测方法与装置，仪器结构简单，易操作，远程非接触遥测污染源污染气体，高时间分辨率和高空间分辨率满足污染气体各组分相互转化的化学动力学过程的研究要求，为大气化学研究提供微动力学数据，为环境保护部门制定快速有效的减排措施提供技术支持。

附图说明

图1为多组分污染源污染气体柱浓度紫外成像遥测方法图。

图2为多组分污染源污染气体柱浓度紫外成像遥测装置图。

具体实施方式

如图1、2所示，多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测装置，包括有测量系统和校准系统，测量系统和校准系统之间的硬件装置相互独立；测量系统置于一防护壳内，防护壳的内表面涂覆为黑色。

测量系统包括有接收望远镜1、ccd探测器3，接收望远镜1和ccd探测器3之间设置有旋转轮2，旋转轮上安装有背景滤光片、目标气体滤光片，旋转轮2还与第一电机连接4，第一电机4控制旋转轮2引入和移出测量光路；所述校准系统包括有小视场双望远镜5和6、光谱仪10，小视场双望远镜5、6与光谱仪10通过光纤9连接，小视场双望远镜5、6置于旋转台7上，旋转台7与第二电机8连接，第二电机8控制小视场双望远镜5、6以相同或不同观测角度采集光谱信息；所述ccd探测器3、光谱仪10均与计算机11连接。

测量系统的望远镜1采集光信息经过滤光片旋转轮2上的不同滤光片，成像于面阵ccd探测器3，电机4控制滤光片旋转轮2可以把不同透光范围的滤光片引入到测量光路，分别获取目标信息图片和参考信息图片。同时，校准系统由望远镜5和望远镜6采集信息经光纤9传输到光谱仪10，由探测器记录下光谱信息，电机8通过控制旋转台7调整望远镜5和望远镜6的观测角度，根据差分吸收光谱法解析出实时柱浓度信息。测量系统获取的目标气体相对强度信息和校准系统获得的小区域内的柱浓度信息送入计算机11进行最后的计算处理。

多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测方法，包括以下步骤：

（1）测量系统中的接收望远镜采集光谱信息，经背景滤光片成像于ccd探测器上，获得背景信息强度；

（2）测量系统中的接收望远镜采集光谱信息，选择带通滤光片为目标气体滤光片，经目标气体滤光片成像于ccd探测器上，获得目标信息强度；

（3）根据朗伯比尔吸收定律解析出目标气体的光学强度；

（4）校准系统的小视场双望远镜分别获取各自视场的光谱信息，经光纤传导到光谱仪，再由差分吸收原理解析小视场双望远镜各自视场内的目标气体实时柱浓度；

（5）把目标气体实时柱浓度与测量系统对应空间内的目标气体光学强度相结合，标定测量系统；

（6）最后根据线性最小二乘拟合方法获取目标气体柱浓度在空间的二维可视化分布信息。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测方法与装置，包括测量系统、校准系统，测量系统包括有接收望远镜、CCD探测器，接收望远镜和CCD探测器之间设置有旋转轮，旋转轮上安装有背景滤光片、目标气体滤光片，旋转轮还与第一电机连接；校准系统包括有小视场双望远镜、光谱仪，小视场双望远镜与光谱仪通过光纤连接，小视场双望远镜置于旋转台上，旋转台与第二电机连接；利用朗伯比尔吸收定律解析出目标气体的光学强度，结合校准系统的实时柱浓度对测量系统进行校准，再利用线性最小二乘拟合方法获得目标气体柱浓度在空间的二维可视化分布。本发明以太阳散射光为光源，远距离紫外非色散成像，时间分辨率和空间分辨率高。

技术研发人员：李昂;张英华;谢品华;徐晋;吴丰成
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2017.04.07
技术公布日：2017.08.29