[发明专利]一种中红外差分吸收激光雷达的标定方法和标定系统

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种大气污染物浓度测定用的中红外差分吸收激光雷达的标定方法。

背景技术

激光雷达是一种主动式现代光学遥感设备，结合了传统雷达技术和现代激光技术，是传统的无线电或微波雷达向光学频段延伸的产物。激光雷达时空分辨率高，探测盲区小，可以探测大气中污染气体微粒光学特性垂直分布特征，较好地弥补常规探测仪器的不足。激光雷达的这些独特优点，使它成为探测研究大气污染物的有效手段。近几十年来，大气污染物研究发展很快，已成为环境监测的一个重要分支。随着现代激光雷达系统和技术的发展，激光雷达探测大气污染物技术，在大气环境、大气化学、大气辐射监测与分析以及气候预报等领域正发挥着举足轻重的作用。

常规大气污染物监测方式主要有电化学式、催化燃烧式、半导体式和红外线式，基于这些方式的仪器探测气体种类单一，距离近，寿命短。激光气体监测技术是近些年发展起来的新型气体探测技术，特点是非接触无需采样、灵敏度高、响应时间快、可远程遥测。目前，国内外激光雷达系统中最常用的光谱技术有紫外/可见波段的差分光学吸收光谱(DOAS)、差分吸收激光雷达(DIAL)、红外波段的傅里叶变换光谱(FTIR)、可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)等。现有技术多采用紫外、近红外固定波长激光，气体吸收在此波段较弱，激光在大气中传输距离受限。许多有毒有害气体在中红外波段具有强烈的吸收峰(比可见光和近红外波段吸收高几个数量级)，利用中红外波段可以获得更高的灵敏度、更远的探测距离。

为此，在现有仪器基础上，对中红外差分吸收激光雷达所测数据准确性进行标定对后续实际应用至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种对中红外差分吸收激光雷达对大气污染物测量数据的标定方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种中红外差分吸收激光雷达的标定方法，该方法通过同时采用中红外差分吸收激光雷达和现有的大气污染物探测仪器对不同浓度的标准污染气体进行浓度测定，得到中红外差分吸收激光雷达和大气污染物探测仪器的测量结果之间的线性相关系数。

进一步的，标定方法包括吸收池标定，具体步骤为：

(1)向吸收池和气球中充入不同浓度的标准污染气体，并保证每次测量时，吸收池和气球内气体浓度一致；

(2)采用大气污染物探测仪器测定气球内气体浓度值，作为参照浓度；

(3)中红外差分吸收激光雷达发出光路分为两路，一路通过吸收池进入第二功率计，另一路直接进入第一功率计，通过第一功率计值和第二功率计值计算吸收池内相应的气体浓度，作为测量浓度；

(4)对参照浓度和测量浓度进行拟合，得出两者之间的线性相关系数。

进一步的，上述标定方法还包括开阔地带标定，具体步骤为：

(1)选择开阔地带作为标定地点，放置中红外差分吸收激光雷达以及现有的大气污染物探测仪器；

(2)调节中红外差分吸收激光雷达，使其水平发射激光；在不同测量条件下采用大气污染物探测仪器和中红外差分吸收激光雷达同时进行标准污染气体的浓度测量；测量条件为：未释放污染气体、不同浓度标准污染气体由低浓度至高浓度依次释放；不同浓度标准污染气体的释放位置均为大气污染物探测仪器位置处；根据测量结果分别绘制大气污染物探测仪器和中红外差分吸收激光雷达的测量浓度廓线；

(3)根据步骤(2)得到的大气污染物探测仪器和中红外差分吸收激光雷达的测量浓度廓线，得出两测量结果之间的线性相关系数。

其中，大气污染物探测仪器采用高灵敏度热电仪或便携式氮氧化物。

本发明还提供了采用上述标定方法的标定系统，包括中红外差分吸收激光雷达、分束镜、吸收池、第一功率计、第二功率计、电脑、气球、气体袋、大气污染物探测仪器；充气时，所述气体袋的出气端分别连接吸收池和气球；所述中红外差分吸收激光雷达发射激光通过分束镜分为两路，一路经过吸收池后进入第一功率计，另一路直接进入第二功率计，第一功率计和第二功率计分别连接电脑；所述大气污染物探测仪器与气球相连。

其中，大气污染物探测仪器采用高灵敏度热电仪或便携式氮氧化物。

高灵敏度热电仪测量分辨率为0.01ppm、准确度为满量程±2％。

吸收池为短光程气体吸收池，光程长度为500毫米、容积157毫升，窗片直径12.7毫米。

本发明相比现有技术具有以下优点：

通过现有大气污染物探测仪器对中红外差分吸收激光雷达进行标定，能够提高中红外差分吸收激光雷达的测量精度，同时能够获得更高的灵敏度、更远的探测距离。