[发明专利]宽带腔增强型大气NO2探测系统的浓度定量方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于光学测量的大气痕量气体浓度定量方法，更具体地涉及一种宽带腔增强型大气痕量气体NO₂探测系统的浓度定量方法。

背景技术

大气中NO₂的含量在亚ppbv量级到几百个ppbv范围内，要测量大气中的NO₂含量，就必须要求测量技术具有高灵敏度。宽带腔增强吸收光谱技术是一种高灵敏度的光学测量方法，它利用由高反射率镜片而组成的光学谐振腔来增加吸收光程，从而提高探测灵敏度。再根据气体的指纹吸收特征，就可以辨识出浓度极低的气体组分。目前，该技术已经实现对NO₂等痕量气体的高灵敏探测。但从浓度定量角度，由于宽带腔增强吸收光谱技术是一种间接测量技术，在吸收光程不确定的情况下，是无法根据测量光谱而直接获得被测气体的浓度值。现有浓度定量方法的原理可用公式（注：α(λ)是被测气体的吸收系数，它等于气体吸收截面与分子数浓度的乘积；I(λ)和I₀(λ)分别为气体吸收光谱和参考光谱；R(λ)为镜片反射率；d为光学谐振腔的长度；d/[1-R(λ)]称为吸收光程）来表示，使用最小二乘法拟合气体吸收截面到吸收系数就可以得到被测气体的分子数浓度。从上式可以看出，现有方法需要事先对镜片反射率或吸收光程进行精确标定后才能定量气体浓度，而且定量误差与镜片反射率误差成线性关系。然而在长期的连续观测中，镜片反射率通常会发生退化，而且测量光路也有可能发生漂移，为保证测量结果的准确性，一般需要定期进行镜片反射率的标定工作，这对于外场测量来说是非常不便的。即便如此，也会导致某段时间内的测量结果出现偏差，也就不能保证大气NO₂的长时间连续精确测量。

发明内容

本发明的目的是针对宽带腔增强吸收光谱技术现有的浓度定量方法需要定期标定镜片发射率，而且浓度定量结果受镜片反射率标定结果影响的这些问题，发明了一种不需要进行镜片反射率标定的宽带腔增强型大气NO₂探测系统的浓度定量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明宽带腔增强型大气NO₂探测系统的浓度定量方法，是将探测系统等效为一个长光程差分吸收光谱（DOAS）探测系统，利用大气中氧气二聚体（O₂-O₂）含量稳定的特点来得到探测系统的吸收光程L，进而定量出大气NO₂的浓度大小，具体包括如下步骤：

第一步：确定以波长λ为自变量的有效光程函数L_eff(λ)，其中，d为光学谐振腔的长度；R(λ)为镜片反射率；α_Ray(λ)为大气瑞利散射系数；

第二步：选择蓝光波段作为大气测量波段，此波段内O₂-O₂吸收的峰值波长λ_p为477nm，并根据第一步得到的L_eff(λ)，计算出L_eff(λ_p)；

第三步：根据第一步与第二步的结果，确定气体吸收截面修正因子F(λ)，F(λ)=Leff(λ)Leff(λp);]]>

第四步：对被测气体NO₂和O₂-O₂的吸收截面(λ)和(λ)进行修正，修正后的吸收截面(λ)和(λ)分别为(λ)和(λ)；