[发明专利]一种基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH4

说明书

本发明公开了一种基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH4浓度的测量装置，本发明还公开了上述基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH₄浓度测量装置的测量方法。本发明采用了基于实时反射率修正的离轴积分腔输出光谱方法进行大气CH₄浓度的测量，该方法无需在测试前使用已知浓度的CH₄标气对离轴积分腔的高反镜反射率进行标定，在实际测量环境中对高反镜反射率进行实时标定，可避免由测试环境改变造成的反射率测量偏差，减少由反射率变化造成的气体浓度测量偏差，提高系统测量稳定性，本发明方法能够适用于大气CH₄浓度的实时监测。

技术领域

本发明涉及一种基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH₄浓度的测量装置，还涉及上述测量装置的测量方法，属于光学测量技术领域。

背景技术

CH₄是造成温室效应的主要气体之一，虽然在大气中浓度很低(约为1.8ppmv)，但其对温室效应的作用是CO₂的25倍，并且其浓度每年以1.1％的速度在增长，在全球气候变暖中扮演着重要角色。快速、实时、准确监测低空大气中的痕量CH₄含量对分析大气甲烷来源、减少甲烷排放、降低全球变暖轨迹有重要意义。受益于激光光源的发展，多种高灵敏度光谱方法已经成熟地应用于大气CH₄气体测量，包括腔衰荡光谱(CRDS)法、离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)法等。其中，OA-ICOS具有极高灵敏度与鲁棒性，与CRDS相比，抗干扰能力更强，更适合于外场测量，从而被广泛应用于大气CH₄的探测与分析。

现有的离轴积分腔测量系统探测大气CH₄时，需要对高反镜的反射率进行标定，目前常用的标定方式是在测试前使用已知浓度的CH₄标气对反射率进行标定。然而由于实际现场环境中待测空气的组分与CH₄标气的组分不同，并且可能随时变化，完全根据标定方式获取的反射率测量值会存在一定偏差，而反射率的测量偏差会造成CH₄浓度测量值产生偏差。更严重的是当测试环境变化时，反射率随之改变，而采用CH₄标气标定的反射率却是一个定值，这将造成该系统测量稳定性下降。另一方面，由于大气CH₄浓度在ppmv量级，该浓度量级的CH₄标气配制复杂且浓度本身存在一定误差，而且CH₄标气成本较高，标定过程繁琐。因此，开发一种无需在测试前使用已知浓度的CH₄标气标定反射率，且可对反射率进行实时修正的离轴积分腔大气CH₄浓度的测量装置及其测量方法尤为重要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH₄浓度的测量装置。

本发明还要解决的技术问题是提供上述基于实时反射率修正的离轴积分腔大气CH₄浓度测量装置的测量方法，该方法可减少由反射率变化造成的气体浓度测量偏差，提高系统的测量稳定性，适用于大气CH₄浓度的实时监测。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：