本發(fā)明屬于大氣污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，大氣邊界層(陸地以上300～1000米)污染已成為嚴(yán)重制約國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民身體健康的一大障礙，其中NO₂是生成臭氧、二次氣溶膠等光化學(xué)污染物最重要的前體之一，是形成酸雨、酸霧和光化學(xué)煙霧的主要來源，危及人類健康安全。因此燃眉之急是研發(fā)大氣邊界層NO₂的高分辨垂直探測(cè)技術(shù)，突破高空探測(cè)復(fù)雜性與穩(wěn)定性問題，實(shí)時(shí)探明大氣邊界層NO₂濃度分布狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣污染在線監(jiān)測(cè)評(píng)估與及時(shí)預(yù)警。

傳統(tǒng)NO₂檢測(cè)設(shè)備基于光譜吸收原理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，不能滿足高空探測(cè)便攜之需，因此為實(shí)時(shí)探明大氣邊界層垂直方向上大氣NO₂濃度分布，設(shè)計(jì)了基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是基于球載平臺(tái)，高分辨在線探測(cè)大氣邊界層垂直方向上NO₂濃度分布狀況。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊、高空數(shù)傳模塊、探空氣球裝置、陸地?cái)?shù)傳模塊、陸地?cái)?shù)據(jù)分析模塊；所述高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊中NO₂電化學(xué)傳感器、參比電化學(xué)傳感器與低溫漂信號(hào)放大與濾波電路連接，溫濕度傳感器、GPS模塊、電源模塊及低溫漂信號(hào)放大與濾波電路與DSP主控板連接；所述高空數(shù)傳模塊包括無線串口透?jìng)髂K，與高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊連接；所述探空氣球裝置承載高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊、高空數(shù)傳模塊；所述陸地?cái)?shù)傳模塊中無線串口透?jìng)髂K與USB轉(zhuǎn)串口模塊連接，接收高空數(shù)傳模塊的無線傳輸信號(hào)；所述陸地?cái)?shù)據(jù)分析模塊與陸地?cái)?shù)傳模塊連接，其中LabVIEW2015平臺(tái)與Origin8平臺(tái)連接。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊中NO₂電化學(xué)傳感器采用Alphasense公司NO₂-B43F高分辨?zhèn)鞲衅?，用于探測(cè)邊界層NO₂濃度信息；參比傳感器采用Alphasense公司H₂S-B4高分辨?zhèn)鞲衅?，用來校正NO₂電化學(xué)傳感器因H₂S氣體交叉干擾而出現(xiàn)的輸出偏差；低溫漂信號(hào)放大與濾波電路采用Alphasense公司的ISB變送板，確保電化學(xué)傳感器正常工作的同時(shí)，對(duì)電化學(xué)傳感器輸出的電流信號(hào)進(jìn)行電流—電壓轉(zhuǎn)換、放大及濾波供DSP主控板處理；溫濕度傳感器采用Honeywell公司HIH6130數(shù)字溫濕度傳感器，用以獲取邊界層環(huán)境溫度信息與濕度信息，校正電化學(xué)傳感器因溫濕度變化而出現(xiàn)的輸出偏差；GPS模塊采用Telit公司Jupiter JF2系列定位模塊，用于實(shí)時(shí)獲取探測(cè)裝置在空中高度；DSP主控板采用TI公司32位TMS320F28335為主控芯片，綜合采集與處理濃度、溫濕度及高度信息，實(shí)時(shí)反演、校正邊界層不同高度NO₂濃度以及驅(qū)動(dòng)無線數(shù)傳模塊發(fā)送最終數(shù)據(jù)；電源模塊采用3節(jié)南孚5號(hào)電池串聯(lián)AMS1117-3.3穩(wěn)壓器的方式獲取3.3V電壓，為DSP主控板長(zhǎng)期供電。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述高空數(shù)傳模塊采用億佰特公司E32-TTL-100在433M頻段通信的無線串口透?jìng)髂K，將邊界層所探測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至陸地?cái)?shù)傳模塊。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述探空氣球裝置采用Smile牌2000g氣象探空氣球，用以搭載探測(cè)裝置升空。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述陸地?cái)?shù)傳模塊接收信號(hào)部分采用億佰特公司E32-TTL-100在433M頻段通信的無線串口透?jìng)髂K，用以接收高空數(shù)傳模塊所傳來數(shù)據(jù)；USB轉(zhuǎn)串口模塊采用億佰特公司E15-USB-T2轉(zhuǎn)換模塊，用以實(shí)現(xiàn)陸地?cái)?shù)傳接收模塊與LabVIEW2015平臺(tái)的通信。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述陸地?cái)?shù)據(jù)分析模塊基于LabVIEW2015平臺(tái)編程通過串口接收、處理陸地?cái)?shù)傳模塊所傳來數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)邊界層NO₂濃度、溫濕度及高度信息；基于Origin8平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，獲取邊界層NO₂濃度分布狀況與變化趨勢(shì)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明采用2個(gè)高靈敏度、分辨率電化學(xué)傳感器，分別用于探測(cè)與扣除交叉干擾，從源頭上突破了探測(cè)的精準(zhǔn)度，并基于溫濕度信息進(jìn)行偏差修正；采用小型電化學(xué)傳感器的方式探測(cè)邊界層NO₂，便于探空氣球搭載，低成本攻克了高空探測(cè)大氣的穩(wěn)定性與可靠性難題，并可鑒于此拓展為高密度網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)大氣污染氣體；采用基于433M低頻段的無線串口傳輸解決了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母蓴_透射問題；采用32位浮點(diǎn)型28335DSP為中央控制單元，信號(hào)處理速度快，內(nèi)部12位ADC資源避免了外接A/D電路的噪聲干擾；采用圖形化編程形式的LabVIEW2015平臺(tái)顯示高空探測(cè)的信息及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，交互界面優(yōu)良、簡(jiǎn)潔明了展示探測(cè)結(jié)果，本發(fā)明相比傳統(tǒng)NO₂檢測(cè)設(shè)備更便攜、更適合高空探測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣邊界層NO₂濃度的高分辨率垂直探測(cè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說明：

如圖1所示，一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊、高空數(shù)傳模塊、探空氣球裝置、陸地?cái)?shù)傳模塊、陸地?cái)?shù)據(jù)分析模塊；所述高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊中NO₂電化學(xué)傳感器、參比電化學(xué)傳感器與低溫漂信號(hào)放大與濾波電路連接，溫濕度傳感器、GPS模塊、電源模塊及低溫漂信號(hào)放大與濾波電路與DSP主控板連接，其中NO₂電化學(xué)傳感器采用Alphasense公司NO₂-B43F高分辨?zhèn)鞲衅?，用于探測(cè)邊界層NO₂濃度信息；參比傳感器采用Alphasense公司H₂S-B4高分辨?zhèn)鞲衅鳎脕硇Ｕ齆O₂電化學(xué)傳感器因H₂S氣體交叉干擾而出現(xiàn)的輸出偏差；低溫漂信號(hào)放大與濾波電路采用Alphasense公司的ISB變送板，確保電化學(xué)傳感器正常工作的同時(shí)，對(duì)電化學(xué)傳感器輸出的電流信號(hào)進(jìn)行電流—電壓轉(zhuǎn)換、放大及濾波供DSP主控板處理；溫濕度傳感器采用Honeywell公司HIH6130數(shù)字溫濕度傳感器，用以獲取邊界層環(huán)境溫度信息與濕度信息，校正電化學(xué)傳感器因溫濕度變化而出現(xiàn)的輸出偏差；GPS模塊采用Telit公司Jupiter JF2系列定位模塊，用于實(shí)時(shí)獲取探測(cè)裝置在空中高度；DSP主控板采用TI公司32位TMS320F28335為主控芯片，綜合采集與處理濃度、溫濕度及高度信息，實(shí)時(shí)反演、校正邊界層不同高度NO₂濃度以及驅(qū)動(dòng)無線數(shù)傳模塊發(fā)送最終數(shù)據(jù)；電源模塊采用3節(jié)南孚5號(hào)電池串聯(lián)AMS1117-3.3穩(wěn)壓器的方式獲取3.3V電壓，為DSP主控板長(zhǎng)期供電；所述高空數(shù)傳模塊包括無線串口透?jìng)髂K，與高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊連接，高空數(shù)傳模塊采用億佰特公司E32-TTL-100在433M頻段通信的無線串口透?jìng)髂K，將邊界層所探測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至陸地?cái)?shù)傳模塊；所述探空氣球裝置承載高空數(shù)據(jù)采集與調(diào)理模塊、高空數(shù)傳模塊，探空氣球裝置采用Smile牌2000g氣象探空氣球，搭載探測(cè)裝置升空；所述陸地?cái)?shù)傳模塊中無線串口透?jìng)髂K與USB轉(zhuǎn)串口模塊連接，接收高空數(shù)傳模塊的無線傳輸信號(hào)，陸地?cái)?shù)傳模塊接收信號(hào)部分采用億佰特公司E32-TTL-100在433M頻段通信的無線串口透?jìng)髂K，接收高空數(shù)傳模塊所傳來數(shù)據(jù)；USB轉(zhuǎn)串口模塊采用億佰特公司E15-USB-T2轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)陸地?cái)?shù)傳接收模塊與LabVIEW2015平臺(tái)的通信；所述陸地?cái)?shù)據(jù)分析模塊與陸地?cái)?shù)傳模塊連接，其中LabVIEW2015平臺(tái)與Origin8平臺(tái)連接，陸地?cái)?shù)據(jù)分析模塊基于LabVIEW2015平臺(tái)編程通過串口接收、處理陸地?cái)?shù)傳模塊所傳來數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)邊界層NO₂濃度、溫濕度及高度信息；基于Origin8平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，獲取邊界層NO₂濃度分布狀況與變化趨勢(shì)。