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傅里葉變換紅外光譜監測技術體系開啟車載新時代

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10月中旬,中科院安徽光機所與國信聚遠科技服務(北京)有限公司共同合作的“車載開放光路面源排放VOCs監測系統”成功交付臺資企業,該系統的成功使用標志著國產傅里葉變換紅外光譜監測技術體系開啟“車載新時代”。


傅里葉變換紅外光譜監測技術具備可測量譜帶寬、光譜分辨率高、信噪比高、掃描速度快等特點,具備對多組分氣體進行實時、在線、連續和無人值守的監測能力。當前,傅里葉變換紅外光譜監測技術大多以地面固定站點,通過監測工業園區上風口、下風口的固定污染源VOCs(揮發性有機物)氣體監測,反演算出工業園區的排放通量情況。


隨著工業園區規模擴大、爆炸火災泄露等突發大氣污染事故頻發,固定地面站點在定位排放源方面有所局限。為應對化工園區突發事故應急中對復雜、動態變化環境條件下的污染物快速、精準識別有著迫切的需求,適應事故現場高溫、高濕等惡劣環境條件下的使用要求,中科院安徽光機所FTIR課題組著手開發車載開放光路面源排放監測系統,以快速獲取事故區域的污染物擴散趨勢等情況。


車載開放光路面源排放監測系統具備快速靈活、可以對多種污染氣體排放進行非接觸式、快速自動測量的優勢,可以將載有主機的監測車與陣列角反射鏡在較短時間內置于事故現場的兩側,快速獲取事故現場的污染氣體排放情況。另外,該監測設備在化工園區及其周界、工業生產過程等局部高密度污染面源有毒有害氣體排放巡檢;廠區有毒有害氣體泄露性監測;突發事故中廠區周界有毒有害氣體預警性監測等方面有廣泛的應用。


車載開放光路監測系統對儀器穩定性和光學系統的精準性提出了更高的要求,要確保儀器能適應長途運輸顛簸,能在車輛啟動狀態仍保持光譜的穩定性。面對挑戰,安光所FTIR課題組對光譜儀結構進行了巧妙設計。由于經典Michelson干涉儀結構對光學系統的精密性、鏡子的對準以及掃描驅動系統的要求非?量,為了減小經典Michelson干涉儀結構中動鏡傾斜的影響,降低對鏡子的對準性和動鏡驅動性能的要求,本監測系統選用自主研發的雙臂掃擺式干涉儀結構。該干涉儀結構利用平面鏡實現光束的原路返回,對傾斜不敏感,便于設備的校準;另外它將動鏡的直線運動轉變為平臺的掃擺運動,相對于經典Michelson干涉儀的直線運動而言,掃擺運動可以降低動鏡驅動的復雜性,易于實現,可以避免經典Michelson干涉儀動鏡運動過程中的形位變化所導致的光譜畸變。2018年3月份,該車載系統完成了方案論證,6月份完成車輛改裝,9月份完成車載相關設備的聯調聯試,10月份交付給了用戶臺資企業,用于有毒有害氣體泄露巡檢預警。


如今,第一臺車載開放光路監測系統已經在臺資企業正式運行。這款儀器的推出,為我國園區監測能力建設提供了新的技術支撐,為提高我國在高檔監測儀器領域的國際競爭地位再立新功。

10月中旬,中科院安徽光機所與國信聚遠科技服務(北京)有限公司共同合作的“車載開放光路面源排放VOCs監測系統”成功交付臺資企業,該系統的成功使用標志著國產傅里葉變換紅外光譜監測技術體系開啟“車載新時代”。


傅里葉變換紅外光譜監測技術具備可測量譜帶寬、光譜分辨率高、信噪比高、掃描速度快等特點,具備對多組分氣體進行實時、在線、連續和無人值守的監測能力。當前,傅里葉變換紅外光譜監測技術大多以地面固定站點,通過監測工業園區上風口、下風口的固定污染源VOCs(揮發性有機物)氣體監測,反演算出工業園區的排放通量情況。


隨著工業園區規模擴大、爆炸火災泄露等突發大氣污染事故頻發,固定地面站點在定位排放源方面有所局限。為應對化工園區突發事故應急中對復雜、動態變化環境條件下的污染物快速、精準識別有著迫切的需求,適應事故現場高溫、高濕等惡劣環境條件下的使用要求,中科院安徽光機所FTIR課題組著手開發車載開放光路面源排放監測系統,以快速獲取事故區域的污染物擴散趨勢等情況。


車載開放光路面源排放監測系統具備快速靈活、可以對多種污染氣體排放進行非接觸式、快速自動測量的優勢,可以將載有主機的監測車與陣列角反射鏡在較短時間內置于事故現場的兩側,快速獲取事故現場的污染氣體排放情況。另外,該監測設備在化工園區及其周界、工業生產過程等局部高密度污染面源有毒有害氣體排放巡檢;廠區有毒有害氣體泄露性監測;突發事故中廠區周界有毒有害氣體預警性監測等方面有廣泛的應用。

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車載開放光路監測系統對儀器穩定性和光學系統的精準性提出了更高的要求,要確保儀器能適應長途運輸顛簸,能在車輛啟動狀態仍保持光譜的穩定性。面對挑戰,安光所FTIR課題組對光譜儀結構進行了巧妙設計。由于經典Michelson干涉儀結構對光學系統的精密性、鏡子的對準以及掃描驅動系統的要求非?量,為了減小經典Michelson干涉儀結構中動鏡傾斜的影響,降低對鏡子的對準性和動鏡驅動性能的要求,本監測系統選用自主研發的雙臂掃擺式干涉儀結構。該干涉儀結構利用平面鏡實現光束的原路返回,對傾斜不敏感,便于設備的校準;另外它將動鏡的直線運動轉變為平臺的掃擺運動,相對于經典Michelson干涉儀的直線運動而言,掃擺運動可以降低動鏡驅動的復雜性,易于實現,可以避免經典Michelson干涉儀動鏡運動過程中的形位變化所導致的光譜畸變。2018年3月份,該車載系統完成了方案論證,6月份完成車輛改裝,9月份完成車載相關設備的聯調聯試,10月份交付給了用戶臺資企業,用于有毒有害氣體泄露巡檢預警。

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如今,第一臺車載開放光路監測系統已經在臺資企業正式運行。這款儀器的推出,為我國園區監測能力建設提供了新的技術支撐,為提高我國在高檔監測儀器領域的國際競爭地位再立新功。


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