专利名称：近地表可移动大气成份原位传感测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种近地表大气成分测量设备，尤其是一种可移动大气成分传感测量
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背景技术：
由于大气的成份对地气系统辐射过程的重要作用，其浓度变化的累积结果将会引起地球气候变化。同时，一些大气成份浓度的变化将引起其他大气成份浓度的变化，从而间接影响气候。因此，对大气成份浓度变化的研究变得越来越重要。地表排放是大气成份的重要来源，研究它的成份、浓度和分布以及近地表大气垂直通量，已成为一项十分重要的内容。现有近地表大气成份的测量技术主要有两大类一类是基于激光雷达的间接测量方法， 另一类是基于直接采样实验室分析和现场传感器采样的测量方法。采用基于激光雷达的间接测量方法，是利用大气对激光的Mie弹性散射原理和差分吸收(DIAL)测量技术测量大气污染物浓度空间分布。优点是高时间分辨率、高灵敏度、 动态、非接触、实时和在线测量，并可进行多组分的同时测量，但由于是一种间接的测量方法，测量的结果存在着不确定性因素，测量点的位置与大气成份浓度的对应以及近地表垂直方向上的大气成份浓度梯度变化等参数较难确定；采用直接采样实验室分析方法精度高，但时间长、效率低，有些位置气体的样品较难采集；采用传感器现场采样测量方法，目前主要应用于地面生态系统，常用的方法有静态箱法、动态箱法和通量观测塔。静态箱、动态箱法往往只针对地面的测量，无法涉足数百米的大气层，采用通量观测塔尽管能达到百米的高度，但还是有很大的局限性，不可移动，数据代表性不够，此外通量观测塔建造成本也非常高。
发明内容
为了克服已有现有的近地表大气成分测量技术的测量参数单一、测量精度较低、 成本高的不足，本发明提供一种测量参数丰富、测量精度较高、成本低的近地表可移动大气成份原位传感测量装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种近地表可移动大气成份原位传感测量装置，所述原位传感测量装置包括一个用作仪器在大气层中移动工具的空中悬浮装置，所述的空中悬浮装置系有起安保和定位作用的安全绳；所述空中悬浮装置上安装地理空间定位模块、微处理器、通讯模块、气体测量模块和气体浓度传感器；所述地理空间定位模块，用于根据所述微处理器的数据采集指令接收全球定位系统的信号，确定当前空中悬浮装置所在的地理空间位置，并输入到微处理器；所述气体浓度传感器，用于检测大体层中被测气体成分的浓度，并输入到气体测量模块；所述气体测量模块，用于根据微处理器的数据采集指令输出气体浓度信号至所述微处理器；所述通讯模块，用于根据微处理器的数据发送指令，将所述气体浓度信号和地理空间位置通过无线方式传送给地面监测中心。进一步，所述地面监测中心经所述通讯模块向所述微处理器发出数据采集指令， 启动数据的采集和传输作业。再进一步，所述微处理器连接用于暂存述气体浓度信号和地理空间位置信息的存储卡。所述空中悬浮装置上安装镜头垂直朝下的照相机。所述安全绳的下端与用于调整空中悬浮装置的地表高度的安全绳收放器连接。本发明的技术构思为采用现场原位传感方式测量，参数测量精度高，效率高；采用地理空间定位模块，确保体浓度信息与采样点的空间位置地理参数对应；采用无线通信和自容工作相结合，数据采集的位置适应广，控制灵活主动；空中悬浮装置多样，区域适应性强；当采用绳索控制的气球作为定点空中悬浮装置，成本低，灵活性大，干扰少，样本数据精度高，通过控制绳索长度还能实现定点垂直方位剖面气体浓度测量；采用飞机作为空中悬浮装置工作模式适应区域广；通过更换或安装不同成份气体浓度传感器，可采集到大气层中不同成份气体的浓度数据，信息采集全面；测量装置可重复使用，维护成本低；采用布网点工作方式，由地面计算机发出指令，可获得时序一致的参数，便于数据分析，方便实现与遥感探测同步，利于开展验证工作。本发明的有益效果主要表现在实现近地表大气成份原位测量的要求，测量参数丰富、测量数据准确、测量装置简单、测量成本低廉、测量方法灵活。可为近地表大气层气体浓度间接测量、定标验证提供科学依据。若能进行有规律布点、组网和常年测量，配合网格计算，便能实时精确实现区域近地表大气层内各种气体成份浓度分布的动态可视化仿真分析。
图1是近地表可移动大气成份原位传感测量装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1，一种近地表可移动大气成份原位传感测量装置，所述原位传感测量装置包括一个用作仪器在大气层中移动工具的空中悬浮装置1，所述的空中悬浮装置1系有起安保和定位作用的安全绳7 ；所述空中悬浮装置1上安装地理空间定位模块2、微处理器3、 通讯模块4、气体测量模块5和气体浓度传感器6 ；所述地理空间定位模块2，用于根据所述微处理器3的数据采集指令接收全球定位系统的信号，确定当前空中悬浮装置所在的地理空间位置，并输入到微处理器3 ；所述气体浓度传感器6，用于检测大体层中被测气体成分的浓度，并输入到气体测量模块5 ；所述气体测量模块5，用于根据微处理器3的数据采集指令输出气体浓度信号至所述微处理器3 ；
所述通讯模块4，用于根据微处理器3的数据发送指令，将所述气体浓度信号和地理空间位置通过无线方式传送给地面监测中心。所述地面监测中心经所述通讯模块4向所述微处理器3发出数据采集指令，启动数据的采集和传输作业。其中，所述的空中悬浮装置1，可以是飞艇、气球、飞机等在大气层中可自由改变位置的设备；地理空间定位模块2，可以是GPS定位电路模块、北斗定位电路模块、伽利略定位电路模块等其它用于地理空间定位的电路模块；微处理器3的主要功能是获取由地理空间定位模块2给出的空间地理位置参数和气体测量模块5给出的气体浓度信号，发送数据采集指令和数据传送指令；通信模块4主要是无线通讯方式的信息传输电路，如无线电通信电路、WIFI通信电路、GPRS通信电路、3G通信电路等；气体测量模块5，由A/D转换、信号采集和调理电路构成；气体浓度传感器6，主要传感大气层中被测成份气体的浓度；安全绳7， 用于控制数据采样点的地表高度，同时以防大风将气球刮跑；照相机8，用于见证采集点的地理位置；所述安全绳收放器9，用于调整空中悬浮装置的地表高度。其中，地理空间定位模块2，气体测量模块5，微处理器3和通讯模块4集成在同一个仪器盒内，气体浓度传感器6暴露在大气中，保证大气层采集位置气体浓度参数与采样点的空间位置参数对应；空中悬浮装置1将仪器盒带到大气层中需要测量的位置，数据采集指令由微处理器3按设定计划发出，或由地面计算机通过无线网络发出指令，进行数据的采集和传输作业；通信模块4在微处理器3的指挥下，将气体浓度参数与采样点的空间位置参数以及其他一些大气参数，通过无线方式传送给地面监测中心；本装置同时设计成数据自容方式，所有数据可临时存储在存储卡上，待装置完成作业下降到地面再导出数据，该功能设计以适应无线通讯还未覆盖到的一些测量位置；安全绳7和安全绳收放器9主要针对气球作为空中悬浮装置1时，用于控制数据采样点的地表高度，同时以防大风将气球刮跑；照相机8镜头垂直朝下工作，用于见证采集点实际地理位置。现有技术中尚未看到大气层中直接测量气体浓度的技术，本发明的意义在于大气层中原位直接测量气体成份和浓度，测量精度高，避免了大气成份间接测量存在的弊病，为定标、验证提供了有力的技术依据；采用本方法，合理布置传感器，优化参数采集策略，即可获得三维空间按时序变化的气体浓度分布及变化规律。关于本发明各分模块的设计，相关领域技术人员均可实现。不再陈述。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种近地表可移动大气成份原位传感测量装置，其特征在于所述原位传感测量装置包括一个用作仪器在大气层中移动工具的空中悬浮装置，所述的空中悬浮装置系有起安保和定位作用的安全绳；所述空中悬浮装置上安装地理空间定位模块、微处理器、通讯模块、气体测量模块和气体浓度传感器；所述地理空间定位模块，用于根据所述微处理器的数据采集指令接收全球定位系统的信号，确定当前空中悬浮装置所在的地理空间位置，并输入到微处理器；所述气体浓度传感器，用于检测大体层中被测气体成分的浓度，并输入到气体测量模块；所述气体测量模块，用于根据微处理器的数据采集指令输出气体浓度信号至所述微处理器；所述通讯模块，用于根据微处理器的数据发送指令，将所述气体浓度信号和地理空间位置通过无线方式传送给地面监测中心。
2.如权利要求1所述的近地表可移动大气成份原位传感测量装置，其特征在于所述地面监测中心经所述通讯模块向所述微处理器发出数据采集指令，启动数据的采集和传输作业。
3.如权利要求1或2所述的近地表可移动大气成份原位传感测量装置，其特征在于 所述微处理器连接用于暂存上述气体浓度信号和地理空间位置信息的存储卡。
4.如权利要求1或2所述的近地表可移动大气成份原位传感测量装置，其特征在于 所述空中悬浮装置上安装镜头垂直朝下的照相机。
5.如权利要求1或2所述的近地表可移动大气成份原位传感测量装置，其特征在于 所述安全绳的下端与用于调整空中悬浮装置的地表高度的安全绳收放器连接。
全文摘要
一种近地表可移动大气成份原位传感测量装置，包括一个用作仪器在大气层中移动工具的空中悬浮装置，所述的空中悬浮装置系有起安保和定位作用的安全绳；所述空中悬浮装置上安装地理空间定位模块、微处理器、通讯模块、气体测量模块和气体浓度传感器；用于根据所述微处理器的数据采集指令接收全球定位系统的信号，确定当前空中悬浮装置所在的地理空间位置，所述气体浓度传感器检测大体层中被测气体成分的浓度，根据微处理器的数据发送指令，将所述气体浓度信号和地址空间位置通过无线方式传送给地面监测中心。本发明提供一种测量参数丰富、测量精度较高、成本低的近地表可移动大气成份原位传感测量装置。
文档编号G01N33/00GK102331482SQ20111027868
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者潘玉良 申请人:杭州师范大学