[發(fā)明專利]一種差分吸收激光雷達NO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911352717.1
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111089855B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范廣強;張?zhí)焓?/a>;呂立慧;項衍;付毅賓;董云升;趙雪松;劉建國;劉文清
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院;安徽大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01;G01S13/95
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種差分吸收激光雷達NO₂時空分布晝夜自動探測裝置，包括激光發(fā)射單元、光學(xué)接收單元、信號采集和信號分析單元，所述的激光發(fā)射單元采用D₂、CH₄雙拉曼管光源系統(tǒng)，同時發(fā)射395.6nm和396.82nm激光，由光學(xué)接收單元接收，光學(xué)接收單元出來的光信號由信號采集單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并保存在工控機上，通過信號分析單元實時分析。兩通道的回波信號同時探測，滿足對流層NO₂垂直廓線探測精度的需求，本發(fā)明可以實現(xiàn)對對流層NO₂立體分布的晝夜全天候觀測，具有較高的時間分辨率、空間分辨率和高探測精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)遙測接收裝置，具體是涉及將差分吸收激光雷達與D₂、CH₄雙拉曼管差分吸收光源、高光譜分辨率光譜儀相結(jié)合，建立雙波長激光同時發(fā)射和回波信號同時接收的差分吸收激光雷達，實現(xiàn)對流層NO₂時空分布自動連續(xù)監(jiān)測的技術(shù)和方法。

背景技術(shù)

NO₂是對流層化學(xué)中的重要成分，影響著大氣自由基的組成和含量，同時也是邊界層臭氧生成的主要前提物，對大氣氧化能力具有重要的影響。而在平流層中，NOx與O₃發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，加劇O₃的消耗。京津冀地區(qū)、長三角地區(qū)、珠江三角洲是我國經(jīng)濟最為活躍的三個地區(qū)，同時也是我國人口分布集中的地區(qū)，這三個地區(qū)的機動車逐年增加，氮氧化物的排放量也逐年增加，這造成了NO₂濃度經(jīng)常出現(xiàn)超標，并且京津冀地區(qū)大氣污染存在顯著相互輸送，大氣污染狀況逐年惡化。因此對NO₂時空分布的監(jiān)測也勢在必行。

目前對NO₂濃度的測量主要采用化學(xué)發(fā)光方法和DOAS技術(shù)實現(xiàn)，地面點式儀器主要采用化學(xué)發(fā)光方式，Max-DOAS技術(shù)是以太陽光等自然光為光源，利用光在大氣中傳輸時各種氣體分子在不同波段對其有不同的特征吸收，從而實現(xiàn)對氣體定性、定量測量的一種光譜技術(shù)，可以實現(xiàn)對流層NO₂柱濃度的測量。差分吸收激光雷達以它的高測量精度、高時空分辨率以及能夠連續(xù)測量等特點，成為測量大氣NO₂的重要主動遙感工具。NO₂的吸收光譜比較復(fù)雜，吸收截面小，1nm左右存在一個吸收峰一個吸收谷，并且二氧化氮主要分布在近地面的大氣中，近地面大氣氣溶膠干擾比較大，DIAL技術(shù)應(yīng)用于NO₂垂直探測探測需重點解決以上面臨的問題。德國科學(xué)家K.W.Rothe等人首次提出采用可調(diào)諧燃料激光器搭載的差分吸收激光雷達系統(tǒng)測量NO₂濃度，并驗證了差分吸收激光雷達方法的可行性，測量到科隆城市上空200ppb的NO₂濃度。瑞典科學(xué)家Kent A.Fredriksson等人采用Nd:YAG激光器三倍頻泵浦燃料激光器產(chǎn)生446.8nm，448.1nm分別作為NO₂差分吸收光源，測量了銨鹽化工廠煙囪及周邊煙囪的高濃度區(qū)域NO₂的含量。Nd:YAG激光器泵浦可調(diào)諧燃料激光器，存在燃料壽命短，波長漂移，激光波長需要經(jīng)常標定，激光光源體積較大，激光光譜純度不高等問題，影響了NO₂差分吸收激光雷達技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的廣泛應(yīng)用。并且后繼光路的分光方式采用了寬帶濾光片分時對兩路差分回波信號分別接受的方式，分時探測引入了大氣劇烈抖動的影響，對NO₂反演引入較大的干擾誤差。

發(fā)明內(nèi)容