專利名稱：近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種近地表大氣成分測量設(shè)備，尤其是一種可移動大氣成分傳感測量
直O(jiān)
背景技術(shù)：
由于大氣的成份對地氣系統(tǒng)輻射過程的重要作用，其濃度變化的累積結(jié)果將會引起地球氣候變化。同時，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，已成為一項十分重要的內(nèi)容?，F(xiàn)有近地表大氣成份的測量技術(shù)主要有兩大類一類是基于激光雷達的間接測量方法， 另一類是基于直接采樣實驗室分析和現(xiàn)場傳感器采樣的測量方法。采用基于激光雷達的間接測量方法，是利用大氣對激光的Mie彈性散射原理和差分吸收(DIAL)測量技術(shù)測量大氣污染物濃度空間分布。優(yōu)點是高時間分辨率、高靈敏度、 動態(tài)、非接觸、實時和在線測量，并可進行多組分的同時測量，但由于是一種間接的測量方法，測量的結(jié)果存在著不確定性因素，測量點的位置與大氣成份濃度的對應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；采用直接采樣實驗室分析方法精度高，但時間長、效率低，有些位置氣體的樣品較難采集；采用傳感器現(xiàn)場采樣測量方法，目前主要應用于地面生態(tài)系統(tǒng)，常用的方法有靜態(tài)箱法、動態(tài)箱法和通量觀測塔。靜態(tài)箱、動態(tài)箱法往往只針對地面的測量，無法涉足數(shù)百米的大氣層，采用通量觀測塔盡管能達到百米的高度，但還是有很大的局限性，不可移動，數(shù)據(jù)代表性不夠，此外通量觀測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量技術(shù)的測量參數(shù)單一、測量精度較低、 成本高的不足，本發(fā)明提供一種測量參數(shù)豐富、測量精度較高、成本低的近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置。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大氣成份原位傳感測量裝置，所述原位傳感測量裝置包括一個用作儀器在大氣層中移動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，確定當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，用于檢測大體層中被測氣體成分的濃度，并輸入到氣體測量模塊；所述氣體測量模塊，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和地理空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測中心。進一步，所述地面監(jiān)測中心經(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， 啟動數(shù)據(jù)的采集和傳輸作業(yè)。再進一步，所述微處理器連接用于暫存述氣體濃度信號和地理空間位置信息的存儲卡。所述空中懸浮裝置上安裝鏡頭垂直朝下的照相機。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)場原位傳感方式測量，參數(shù)測量精度高，效率高；采用地理空間定位模塊，確保體濃度信息與采樣點的空間位置地理參數(shù)對應；采用無線通信和自容工作相結(jié)合，數(shù)據(jù)采集的位置適應廣，控制靈活主動；空中懸浮裝置多樣，區(qū)域適應性強；當采用繩索控制的氣球作為定點空中懸浮裝置，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現(xiàn)定點垂直方位剖面氣體濃度測量；采用飛機作為空中懸浮裝置工作模式適應區(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；測量裝置可重復使用，維護成本低；采用布網(wǎng)點工作方式，由地面計算機發(fā)出指令，可獲得時序一致的參數(shù)，便于數(shù)據(jù)分析，方便實現(xiàn)與遙感探測同步，利于開展驗證工作。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在實現(xiàn)近地表大氣成份原位測量的要求，測量參數(shù)豐富、測量數(shù)據(jù)準確、測量裝置簡單、測量成本低廉、測量方法靈活?？蔀榻乇泶髿鈱託怏w濃度間接測量、定標驗證提供科學依據(jù)。若能進行有規(guī)律布點、組網(wǎng)和常年測量，配合網(wǎng)格計算，便能實時精確實現(xiàn)區(qū)域近地表大氣層內(nèi)各種氣體成份濃度分布的動態(tài)可視化仿真分析。


圖1是近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖1，一種近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置，所述原位傳感測量裝置包括一個用作儀器在大氣層中移動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，確定當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，用于檢測大體層中被測氣體成分的濃度，并輸入到氣體測量模塊5 ；所述氣體測量模塊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和地理空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測中心。所述地面監(jiān)測中心經(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)和氣體測量模塊5給出的氣體濃度信號，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；氣體測量模塊5，由A/D轉(zhuǎn)換、信號采集和調(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成份氣體的濃度；安全繩7， 用于控制數(shù)據(jù)采樣點的地表高度，同時以防大風將氣球刮跑；照相機8，用于見證采集點的地理位置；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，氣體測量模塊5，微處理器3和通訊模塊4集成在同一個儀器盒內(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)與采樣點的空間位置參數(shù)對應；空中懸浮裝置1將儀器盒帶到大氣層中需要測量的位置，數(shù)據(jù)采集指令由微處理器3按設(shè)定計劃發(fā)出，或由地面計算機通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指令，進行數(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)測中心；本裝置同時設(shè)計成數(shù)據(jù)自容方式，所有數(shù)據(jù)可臨時存儲在存儲卡上，待裝置完成作業(yè)下降到地面再導出數(shù)據(jù)，該功能設(shè)計以適應無線通訊還未覆蓋到的一些測量位置；安全繩7和安全繩收放器9主要針對氣球作為空中懸浮裝置1時，用于控制數(shù)據(jù)采樣點的地表高度，同時以防大風將氣球刮跑；照相機8鏡頭垂直朝下工作，用于見證采集點實際地理位置?，F(xiàn)有技術(shù)中尚未看到大氣層中直接測量氣體濃度的技術(shù)，本發(fā)明的意義在于大氣層中原位直接測量氣體成份和濃度，測量精度高，避免了大氣成份間接測量存在的弊病，為定標、驗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，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員均可實現(xiàn)。不再陳述。上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置，其特征在于所述原位傳感測量裝置包括一個用作儀器在大氣層中移動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，確定當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，用于檢測大體層中被測氣體成分的濃度，并輸入到氣體測量模塊；所述氣體測量模塊，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和地理空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測中心。
2.如權(quán)利要求1所述的近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置，其特征在于所述地面監(jiān)測中心經(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大氣成份原位傳感測量裝置，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和地理空間位置信息的存儲卡。
4.如權(quán)利要求1或2所述的近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置，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。
5.如權(quán)利要求1或2所述的近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置，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
一種近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置，包括一個用作儀器在大氣層中移動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，確定當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大體層中被測氣體成分的濃度，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和地址空間位置通過無線方式傳送給地面監(jiān)測中心。本發(fā)明提供一種測量參數(shù)豐富、測量精度較高、成本低的近地表可移動大氣成份原位傳感測量裝置。
文檔編號G01N33/00GK102331482SQ20111027868
公開日2012年1月25日 申請日期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 申請人:杭州師范大學