温室气体在线检测系统

产品简介

温室气体监测系统采用先进的光腔衰荡技术（CRDS），利用自主知识产权的光学测量结构及数据处理算法，测量光程可达30km，满足大气痕量气体的监测要求，可实现CO2，CH4，H20的连续在线监测。系统符合世界气象组织（WMO）和其他国际网络，助力“碳达峰碳中和”早日实现。

温室气体监测系统

自主研发温室气体监测系统控制电路

光腔衰荡信号

1.1 系统原理 温室气体在线检测系统

光腔衰荡光谱技术(Cavity Ring Down Spectroscopy， CRDS)与通常的吸收光谱技术不同，它不直接测量吸收，而是测量通过吸收后的衰减时间，因此对光源的幅度涨落噪声不敏感，具有很高的测量灵敏度。不仅如此，通过对衰减时间的绝对测量，还可以测量物质的绝对吸收。另一方面，由于腔镜反射率高， CRDS具有较长的等效吸收程长。此外， CRDS 还具有装置简单、操作容易、适应范围广，易于定量测量等优势，已被应用与探测围观分子及原子体系，例如分子泛频光谱、化学反应监测、团簇吸收光谱等，以及宏观的大气监测，展示了极其广泛的应用前景。

光腔衰荡光谱（Cavity Ring Down Spectroscopy， CRDS） 技术的原理是：用两片高反射率腔镜构成稳定的光学谐振腔，气体样品充入谐振腔内，当激光的模式和腔的模式匹配，共振信号达到一定强度时就切断入射光，光在两片高反镜之间来回反射，每一次反射都会从出射镜输出一部分光，被探测器接收，采集到的光信号成 e 指数衰减。通过 e 指数拟合光信号可以得到衰荡时间常数 τ ，Ring Down 曲线如图所示：

激光光腔衰荡曲线

样品的吸收系数与衰荡时间常数的关系为： 

上式中， α(ν)是样品吸收系数； ν 是激光频率； c 是光速； τ(ν)为共振腔装有样品时的衰荡时间常数； τ0 为空腔的衰荡时间常数。 光腔衰荡光谱记录每个频率点透射光随时间的衰荡关系， 拟合不同频率处的 Ring Down 曲线得到衰荡时间常数，通过上式就可以得到整条谱线的吸收系数。

温室气体监测仪系统原理图

1.2 产品设备清单 温室气体在线检测系统

表4.1  产品清单

1.3 产品主要技术参数

1.3.1 高精度温室气体在线分析系统

1.3.1.1 高精度温室气体监测分析单元

气体采样模块

（1）采样头设置在总管户外的采样气体入口端，防止雨水和粗大的颗粒物落入总管，同时避免鸟类、小动物和大型昆虫进入总管。采样头的设计应保证采样气流不受风向影响，稳定进入总管。

（2）采样总管内的气流应保持层流状态，采样气体在总管内的滞留时间应小于30s。

（3）采样装置的制作材料应选用不与被监测污染物发生化学反应和不释放有干扰物质的材料。

（4）监测仪器与支管接头连接的管线应选用不与被监测污染物发生化学反应和不释放有干扰物质的材料。

（5）为防止灰尘落入监测分析仪器，应在监测仪器的采样入口与支管气路的结合部之间，安装过滤膜。

（6）在监测仪器管线与支管接头连接时，为防止结露水流和管壁气流波动的影响，应将管线与支管连接端伸向总管接近中心（或1/2）的位置，然后再做固定。

（7）应安装在合适的支撑体上（如一定高度的采样塔）。（8）应置干保护槽（管）内，并妥善固定保护槽（管可架空或通过地下管道引入测量室，空保护槽（管）高度应视当地实际地形设置地下管深度宜在0.5～0.8m，地下管道内应设采样管线的保护槽管）。

（9）在采样管进气口的相同高度处应安装至少一根备用采样管;备用采样管在不使用期间应对其两个端口进行密封处理。

（10）当有多根空气采样管线时，管线走向应一致，保持平行整齐和美观并在适当位置进行固定。

（11）尽可能采用一根完整的采样管，如需要延长连接时，在接头处应连接紧密，接头处应便于日后的检查和更换。

（12）采样管进气口处应安装颗粒物过滤装置，并做好防尘、防水、防虫和防腐等处理。

（13）空气从采样管进气口到进入分析设备的滞留时间应小于5min。

超低温全自动冷阱

标准气体

CO2、CH4二要素标气，全进口29.5L钢瓶，具惰性涂层双级减压阀，中国气象局探测中心标气，可溯源至世界气象组织WMO认证；

数采仪

分析软件

高精度气象仪

用于实时测量温室气体浓度下的风向和风速、温度、相对湿度、气压值。

①　风速传感器：使用2D超声风传感器。

测量范围：0-75m/s；分辨率：0.5 m/s；测量不确定度为0~5m/s时，测量不确定度为±0.5m/s，5-75m/s时，测量不确定度为风速的±10%。

②　风向传感器：测量范围：0-360°; 分辨率：1.0°;测量不确定度： ±5.0°。

③　温度传感器：测量范围: -50～60℃； 分辨率:0.1℃；测量不确定度：±0.2℃。

④　湿度传感器（相对湿度）：测量范围0-100%；分辨率1%；测量不确定度±3%。

⑤　气压传感器：测量范围:500-1080hPa；分辨率：0.1hPa；测量不确定度:±0.3hPa。

温室气体监测平台

（1）支持多点位数据接入,可在地图上显示多个高精度温室气体监测点位地图分布情况;

（2）具备站点温室气体实时浓度及当日温室气体平均浓度显示功能；

（3）具备历史数据查询功能，可查询点位分钟、小时及天数据；

（4）具备仪器质控功能，可查询系统校准记录及准确度检查结果；

（5）具备浓度历史数据图形分析展示功能。