專利名稱：近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種近地表大氣成分測(cè)量設(shè)備，尤其是一種可移動(dòng)大氣成分傳感測(cè)量
直O(jiān)
背景技術(shù)：
由于大氣的成份對(duì)地氣系統(tǒng)輻射過程的重要作用，其濃度變化的累積結(jié)果將會(huì)引起地球氣候變化。同時(shí)，一些大氣成份濃度的變化將引起其他大氣成份濃度的變化，從而間接影響氣候。因此，對(duì)大氣成份濃度變化的研究變得越來越重要。地表排放是大氣成份的重要來源，研究它的成份、濃度和分布以及近地表大氣垂直通量，已成為一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容?，F(xiàn)有近地表大氣成份的測(cè)量技術(shù)主要有兩大類一類是基于激光雷達(dá)的間接測(cè)量方法， 另一類是基于直接采樣實(shí)驗(yàn)室分析和現(xiàn)場(chǎng)傳感器采樣的測(cè)量方法。采用基于激光雷達(dá)的間接測(cè)量方法，是利用大氣對(duì)激光的Mie彈性散射原理和差分吸收(DIAL)測(cè)量技術(shù)測(cè)量大氣污染物濃度空間分布。優(yōu)點(diǎn)是高時(shí)間分辨率、高靈敏度、 動(dòng)態(tài)、非接觸、實(shí)時(shí)和在線測(cè)量，并可進(jìn)行多組分的同時(shí)測(cè)量，但由于是一種間接的測(cè)量方法，測(cè)量的結(jié)果存在著不確定性因素，測(cè)量點(diǎn)的位置與大氣成份濃度的對(duì)應(yīng)以及近地表垂直方向上的大氣成份濃度梯度變化等參數(shù)較難確定；采用直接采樣實(shí)驗(yàn)室分析方法精度高，但時(shí)間長、效率低，有些位置氣體的樣品較難采集；采用傳感器現(xiàn)場(chǎng)采樣測(cè)量方法，目前主要應(yīng)用于地面生態(tài)系統(tǒng)，常用的方法有靜態(tài)箱法、動(dòng)態(tài)箱法和通量觀測(cè)塔。靜態(tài)箱、動(dòng)態(tài)箱法往往只針對(duì)地面的測(cè)量，無法涉足數(shù)百米的大氣層，采用通量觀測(cè)塔盡管能達(dá)到百米的高度，但還是有很大的局限性，不可移動(dòng)，數(shù)據(jù)代表性不夠，此外通量觀測(cè)塔建造成本也非常高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有現(xiàn)有的近地表大氣成分測(cè)量技術(shù)的測(cè)量參數(shù)單一、測(cè)量精度較低、 成本高的不足，本發(fā)明提供一種測(cè)量參數(shù)豐富、測(cè)量精度較高、成本低的近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，所述原位傳感測(cè)量裝置包括一個(gè)用作儀器在大氣層中移動(dòng)工具的空中懸浮裝置，所述的空中懸浮裝置系有起安保和定位作用的安全繩；所述空中懸浮裝置上安裝地理空間定位模塊、微處理器、通訊模塊、氣體測(cè)量模塊和氣體濃度傳感器；所述地理空間定位模塊，用于根據(jù)所述微處理器的數(shù)據(jù)采集指令接收全球定位系統(tǒng)的信號(hào)，確定當(dāng)前空中懸浮裝置所在的地理空間位置，并輸入到微處理器；所述氣體濃度傳感器，用于檢測(cè)大體層中被測(cè)氣體成分的濃度，并輸入到氣體測(cè)量模塊；所述氣體測(cè)量模塊，用于根據(jù)微處理器的數(shù)據(jù)采集指令輸出氣體濃度信號(hào)至所述微處理器；所述通訊模塊，用于根據(jù)微處理器的數(shù)據(jù)發(fā)送指令，將所述氣體濃度信號(hào)和地理空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測(cè)中心。進(jìn)一步，所述地面監(jiān)測(cè)中心經(jīng)所述通訊模塊向所述微處理器發(fā)出數(shù)據(jù)采集指令， 啟動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和傳輸作業(yè)。再進(jìn)一步，所述微處理器連接用于暫存述氣體濃度信號(hào)和地理空間位置信息的存儲(chǔ)卡。所述空中懸浮裝置上安裝鏡頭垂直朝下的照相機(jī)。所述安全繩的下端與用于調(diào)整空中懸浮裝置的地表高度的安全繩收放器連接。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為采用現(xiàn)場(chǎng)原位傳感方式測(cè)量，參數(shù)測(cè)量精度高，效率高；采用地理空間定位模塊，確保體濃度信息與采樣點(diǎn)的空間位置地理參數(shù)對(duì)應(yīng)；采用無線通信和自容工作相結(jié)合，數(shù)據(jù)采集的位置適應(yīng)廣，控制靈活主動(dòng)；空中懸浮裝置多樣，區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)；當(dāng)采用繩索控制的氣球作為定點(diǎn)空中懸浮裝置，成本低，靈活性大，干擾少，樣本數(shù)據(jù)精度高，通過控制繩索長度還能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)垂直方位剖面氣體濃度測(cè)量；采用飛機(jī)作為空中懸浮裝置工作模式適應(yīng)區(qū)域廣；通過更換或安裝不同成份氣體濃度傳感器，可采集到大氣層中不同成份氣體的濃度數(shù)據(jù)，信息采集全面；測(cè)量裝置可重復(fù)使用，維護(hù)成本低；采用布網(wǎng)點(diǎn)工作方式，由地面計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，可獲得時(shí)序一致的參數(shù)，便于數(shù)據(jù)分析，方便實(shí)現(xiàn)與遙感探測(cè)同步，利于開展驗(yàn)證工作。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)近地表大氣成份原位測(cè)量的要求，測(cè)量參數(shù)豐富、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、測(cè)量裝置簡(jiǎn)單、測(cè)量成本低廉、測(cè)量方法靈活?？蔀榻乇泶髿鈱託怏w濃度間接測(cè)量、定標(biāo)驗(yàn)證提供科學(xué)依據(jù)。若能進(jìn)行有規(guī)律布點(diǎn)、組網(wǎng)和常年測(cè)量，配合網(wǎng)格計(jì)算，便能實(shí)時(shí)精確實(shí)現(xiàn)區(qū)域近地表大氣層內(nèi)各種氣體成份濃度分布的動(dòng)態(tài)可視化仿真分析。


圖1是近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1，一種近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，所述原位傳感測(cè)量裝置包括一個(gè)用作儀器在大氣層中移動(dòng)工具的空中懸浮裝置1，所述的空中懸浮裝置1系有起安保和定位作用的安全繩7 ；所述空中懸浮裝置1上安裝地理空間定位模塊2、微處理器3、 通訊模塊4、氣體測(cè)量模塊5和氣體濃度傳感器6 ；所述地理空間定位模塊2，用于根據(jù)所述微處理器3的數(shù)據(jù)采集指令接收全球定位系統(tǒng)的信號(hào)，確定當(dāng)前空中懸浮裝置所在的地理空間位置，并輸入到微處理器3 ；所述氣體濃度傳感器6，用于檢測(cè)大體層中被測(cè)氣體成分的濃度，并輸入到氣體測(cè)量模塊5 ；所述氣體測(cè)量模塊5，用于根據(jù)微處理器3的數(shù)據(jù)采集指令輸出氣體濃度信號(hào)至所述微處理器3 ；
所述通訊模塊4，用于根據(jù)微處理器3的數(shù)據(jù)發(fā)送指令，將所述氣體濃度信號(hào)和地理空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測(cè)中心。所述地面監(jiān)測(cè)中心經(jīng)所述通訊模塊4向所述微處理器3發(fā)出數(shù)據(jù)采集指令，啟動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和傳輸作業(yè)。其中，所述的空中懸浮裝置1，可以是飛艇、氣球、飛機(jī)等在大氣層中可自由改變位置的設(shè)備；地理空間定位模塊2，可以是GPS定位電路模塊、北斗定位電路模塊、伽利略定位電路模塊等其它用于地理空間定位的電路模塊；微處理器3的主要功能是獲取由地理空間定位模塊2給出的空間地理位置參數(shù)和氣體測(cè)量模塊5給出的氣體濃度信號(hào)，發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令和數(shù)據(jù)傳送指令；通信模塊4主要是無線通訊方式的信息傳輸電路，如無線電通信電路、WIFI通信電路、GPRS通信電路、3G通信電路等；氣體測(cè)量模塊5，由A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集和調(diào)理電路構(gòu)成；氣體濃度傳感器6，主要傳感大氣層中被測(cè)成份氣體的濃度；安全繩7， 用于控制數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的地表高度，同時(shí)以防大風(fēng)將氣球刮跑；照相機(jī)8，用于見證采集點(diǎn)的地理位置；所述安全繩收放器9，用于調(diào)整空中懸浮裝置的地表高度。其中，地理空間定位模塊2，氣體測(cè)量模塊5，微處理器3和通訊模塊4集成在同一個(gè)儀器盒內(nèi)，氣體濃度傳感器6暴露在大氣中，保證大氣層采集位置氣體濃度參數(shù)與采樣點(diǎn)的空間位置參數(shù)對(duì)應(yīng)；空中懸浮裝置1將儀器盒帶到大氣層中需要測(cè)量的位置，數(shù)據(jù)采集指令由微處理器3按設(shè)定計(jì)劃發(fā)出，或由地面計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸作業(yè)；通信模塊4在微處理器3的指揮下，將氣體濃度參數(shù)與采樣點(diǎn)的空間位置參數(shù)以及其他一些大氣參數(shù)，通過無線方式傳送給地面監(jiān)測(cè)中心；本裝置同時(shí)設(shè)計(jì)成數(shù)據(jù)自容方式，所有數(shù)據(jù)可臨時(shí)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡上，待裝置完成作業(yè)下降到地面再導(dǎo)出數(shù)據(jù)，該功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)無線通訊還未覆蓋到的一些測(cè)量位置；安全繩7和安全繩收放器9主要針對(duì)氣球作為空中懸浮裝置1時(shí)，用于控制數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的地表高度，同時(shí)以防大風(fēng)將氣球刮跑；照相機(jī)8鏡頭垂直朝下工作，用于見證采集點(diǎn)實(shí)際地理位置。現(xiàn)有技術(shù)中尚未看到大氣層中直接測(cè)量氣體濃度的技術(shù)，本發(fā)明的意義在于大氣層中原位直接測(cè)量氣體成份和濃度，測(cè)量精度高，避免了大氣成份間接測(cè)量存在的弊病，為定標(biāo)、驗(yàn)證提供了有力的技術(shù)依據(jù)；采用本方法，合理布置傳感器，優(yōu)化參數(shù)采集策略，即可獲得三維空間按時(shí)序變化的氣體濃度分布及變化規(guī)律。關(guān)于本發(fā)明各分模塊的設(shè)計(jì)，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員均可實(shí)現(xiàn)。不再陳述。上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，其特征在于所述原位傳感測(cè)量裝置包括一個(gè)用作儀器在大氣層中移動(dòng)工具的空中懸浮裝置，所述的空中懸浮裝置系有起安保和定位作用的安全繩；所述空中懸浮裝置上安裝地理空間定位模塊、微處理器、通訊模塊、氣體測(cè)量模塊和氣體濃度傳感器；所述地理空間定位模塊，用于根據(jù)所述微處理器的數(shù)據(jù)采集指令接收全球定位系統(tǒng)的信號(hào)，確定當(dāng)前空中懸浮裝置所在的地理空間位置，并輸入到微處理器；所述氣體濃度傳感器，用于檢測(cè)大體層中被測(cè)氣體成分的濃度，并輸入到氣體測(cè)量模塊；所述氣體測(cè)量模塊，用于根據(jù)微處理器的數(shù)據(jù)采集指令輸出氣體濃度信號(hào)至所述微處理器；所述通訊模塊，用于根據(jù)微處理器的數(shù)據(jù)發(fā)送指令，將所述氣體濃度信號(hào)和地理空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測(cè)中心。
2.如權(quán)利要求1所述的近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，其特征在于所述地面監(jiān)測(cè)中心經(jīng)所述通訊模塊向所述微處理器發(fā)出數(shù)據(jù)采集指令，啟動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和傳輸作業(yè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，其特征在于 所述微處理器連接用于暫存上述氣體濃度信號(hào)和地理空間位置信息的存儲(chǔ)卡。
4.如權(quán)利要求1或2所述的近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，其特征在于 所述空中懸浮裝置上安裝鏡頭垂直朝下的照相機(jī)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，其特征在于 所述安全繩的下端與用于調(diào)整空中懸浮裝置的地表高度的安全繩收放器連接。
全文摘要
一種近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置，包括一個(gè)用作儀器在大氣層中移動(dòng)工具的空中懸浮裝置，所述的空中懸浮裝置系有起安保和定位作用的安全繩；所述空中懸浮裝置上安裝地理空間定位模塊、微處理器、通訊模塊、氣體測(cè)量模塊和氣體濃度傳感器；用于根據(jù)所述微處理器的數(shù)據(jù)采集指令接收全球定位系統(tǒng)的信號(hào)，確定當(dāng)前空中懸浮裝置所在的地理空間位置，所述氣體濃度傳感器檢測(cè)大體層中被測(cè)氣體成分的濃度，根據(jù)微處理器的數(shù)據(jù)發(fā)送指令，將所述氣體濃度信號(hào)和地址空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測(cè)中心。本發(fā)明提供一種測(cè)量參數(shù)豐富、測(cè)量精度較高、成本低的近地表可移動(dòng)大氣成份原位傳感測(cè)量裝置。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102331482SQ20111027868
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者潘玉良 申請(qǐng)人:杭州師范大學(xué)