一種基于球載的大氣邊界層NO2垂直探測系統的制作方法

本發明屬于大氣污染監測領域，具體涉及一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統。

背景技術：

近年來，大氣邊界層(陸地以上300～1000米)污染已成為嚴重制約國家經濟發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污染物最重要的前體之一，是形成酸雨、酸霧和光化學煙霧的主要來源，危及人類健康安全。因此燃眉之急是研發大氣邊界層NO₂的高分辨垂直探測技術，突破高空探測復雜性與穩定性問題，實時探明大氣邊界層NO₂濃度分布狀況，實現對大氣污染在線監測評估與及時預警。

傳統NO₂檢測設備基于光譜吸收原理，結構復雜、體積龐大，不能滿足高空探測便攜之需，因此為實時探明大氣邊界層垂直方向上大氣NO₂濃度分布，設計了基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統。

技術實現要素：

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

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統，其特征在于：所述系統包括高空數據采集與調理模塊、高空數傳模塊、探空氣球裝置、陸地數傳模塊、陸地數據分析模塊；所述高空數據采集與調理模塊中NO₂電化學傳感器、參比電化學傳感器與低溫漂信號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放大與濾波電路與DSP主控板連接；所述高空數傳模塊包括無線串口透傳模塊，與高空數據采集與調理模塊連接；所述探空氣球裝置承載高空數據采集與調理模塊、高空數傳模塊；所述陸地數傳模塊中無線串口透傳模塊與USB轉串口模塊連接，接收高空數傳模塊的無線傳輸信號；所述陸地數據分析模塊與陸地數傳模塊連接，其中LabVIEW2015平臺與Origin8平臺連接。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統，其特征在于：所述高空數據采集與調理模塊中NO₂電化學傳感器采用Alphasense公司NO₂-B43F高分辨傳感器，用于探測邊界層NO₂濃度信息；參比傳感器采用Alphasense公司H₂S-B4高分辨傳感器，用來校正NO₂電化學傳感器因H₂S氣體交叉干擾而出現的輸出偏差；低溫漂信號放大與濾波電路采用Alphasense公司的ISB變送板，確保電化學傳感器正常工作的同時，對電化學傳感器輸出的電流信號進行電流—電壓轉換、放大及濾波供DSP主控板處理；溫濕度傳感器采用Honeywell公司HIH6130數字溫濕度傳感器，用以獲取邊界層環境溫度信息與濕度信息，校正電化學傳感器因溫濕度變化而出現的輸出偏差；GPS模塊采用Telit公司Jupiter JF2系列定位模塊，用于實時獲取探測裝置在空中高度；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，實時反演、校正邊界層不同高度NO₂濃度以及驅動無線數傳模塊發送最終數據；電源模塊采用3節南孚5號電池串聯AMS1117-3.3穩壓器的方式獲取3.3V電壓，為DSP主控板長期供電。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統，其特征在于：所述高空數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傳模塊，將邊界層所探測數據傳輸至陸地數傳模塊。

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

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統，其特征在于：所述陸地數傳模塊接收信號部分采用億佰特公司E32-TTL-100在433M頻段通信的無線串口透傳模塊，用以接收高空數傳模塊所傳來數據；USB轉串口模塊采用億佰特公司E15-USB-T2轉換模塊，用以實現陸地數傳接收模塊與LabVIEW2015平臺的通信。

所述的一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統，其特征在于：所述陸地數據分析模塊基于LabVIEW2015平臺編程通過串口接收、處理陸地數傳模塊所傳來數據，實時顯示和存儲邊界層NO₂濃度、溫濕度及高度信息；基于Origin8平臺對存儲數據進行擬合分析，獲取邊界層NO₂濃度分布狀況與變化趨勢。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在：

本發明采用2個高靈敏度、分辨率電化學傳感器，分別用于探測與扣除交叉干擾，從源頭上突破了探測的精準度，并基于溫濕度信息進行偏差修正；采用小型電化學傳感器的方式探測邊界層NO₂，便于探空氣球搭載，低成本攻克了高空探測大氣的穩定性與可靠性難題，并可鑒于此拓展為高密度網絡化監測大氣污染氣體；采用基于433M低頻段的無線串口傳輸解決了遠距離傳輸的干擾透射問題；采用32位浮點型28335DSP為中央控制單元，信號處理速度快，內部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平臺顯示高空探測的信息及存儲數據，交互界面優良、簡潔明了展示探測結果，本發明相比傳統NO₂檢測設備更便攜、更適合高空探測，可實現對大氣邊界層NO₂濃度的高分辨率垂直探測。

附圖說明

圖1為本發明的總體框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做詳細的說明：

如圖1所示，一種基于球載的大氣邊界層NO₂垂直探測系統，其特征在于：所述系統包括高空數據采集與調理模塊、高空數傳模塊、探空氣球裝置、陸地數傳模塊、陸地數據分析模塊；所述高空數據采集與調理模塊中NO₂電化學傳感器、參比電化學傳感器與低溫漂信號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放大與濾波電路與DSP主控板連接，其中NO₂電化學傳感器采用Alphasense公司NO₂-B43F高分辨傳感器，用于探測邊界層NO₂濃度信息；參比傳感器采用Alphasense公司H₂S-B4高分辨傳感器，用來校正NO₂電化學傳感器因H₂S氣體交叉干擾而出現的輸出偏差；低溫漂信號放大與濾波電路采用Alphasense公司的ISB變送板，確保電化學傳感器正常工作的同時，對電化學傳感器輸出的電流信號進行電流—電壓轉換、放大及濾波供DSP主控板處理；溫濕度傳感器采用Honeywell公司HIH6130數字溫濕度傳感器，用以獲取邊界層環境溫度信息與濕度信息，校正電化學傳感器因溫濕度變化而出現的輸出偏差；GPS模塊采用Telit公司Jupiter JF2系列定位模塊，用于實時獲取探測裝置在空中高度；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，實時反演、校正邊界層不同高度NO₂濃度以及驅動無線數傳模塊發送最終數據；電源模塊采用3節南孚5號電池串聯AMS1117-3.3穩壓器的方式獲取3.3V電壓，為DSP主控板長期供電；所述高空數傳模塊包括無線串口透傳模塊，與高空數據采集與調理模塊連接，高空數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傳模塊，將邊界層所探測數據傳輸至陸地數傳模塊；所述探空氣球裝置承載高空數據采集與調理模塊、高空數傳模塊，探空氣球裝置采用Smile牌2000g氣象探空氣球，搭載探測裝置升空；所述陸地數傳模塊中無線串口透傳模塊與USB轉串口模塊連接，接收高空數傳模塊的無線傳輸信號，陸地數傳模塊接收信號部分采用億佰特公司E32-TTL-100在433M頻段通信的無線串口透傳模塊，接收高空數傳模塊所傳來數據；USB轉串口模塊采用億佰特公司E15-USB-T2轉換模塊，實現陸地數傳接收模塊與LabVIEW2015平臺的通信；所述陸地數據分析模塊與陸地數傳模塊連接，其中LabVIEW2015平臺與Origin8平臺連接，陸地數據分析模塊基于LabVIEW2015平臺編程通過串口接收、處理陸地數傳模塊所傳來數據，實時顯示和存儲邊界層NO₂濃度、溫濕度及高度信息；基于Origin8平臺對存儲數據進行擬合分析，獲取邊界層NO₂濃度分布狀況與變化趨勢。