【讨论】BCA-I黑碳仪国内最先进的监测大气黑碳气溶胶的技术

langbo

2010/04/08

私聊

其他仪器综合讨论

黑碳监测仪BCA-I是基于光学衰减法的监测仪器，可连续实时监测大气中黑碳气溶胶的质量浓度。其工作原理是利用吸附在带状石英滤纸上的黑碳气溶胶在不同光学波段的吸收特性不同，实现对黑碳气溶胶的总量监测。它主要由光学系统、气体采样系统、走纸机构、数据采集与处理系统等组成。

仪器工作时，在抽气泵的驱动下，环境空气以恒定的流速连续地被抽入仪器的气体监测室，经滤纸过滤后，黑碳颗粒附着在透光均匀的石英纤维滤纸上。每隔一个时间周期，仪器开/关测量光源和参考光源一次，分别测量透过滤纸的气溶胶采样区和参考区的光强。根据光强信号，计算每个测量周期的采样区的光学衰减增量，得到该测量周期内收集的黑碳气溶胶质量，再除以这段时间的采样空气体积，即可以计算出采样空气流中的平均黑碳浓度。

BCA-I的测量循环周期如下：

（1）打开光源，让系统稳定；

（2）测量光源照射时采样点和参考点的光强信号（SB和RB）；

（3）测量仪器的空气流量F；

（4）测量仪器内的温度T；

（5）关闭光源；

（6）进行计算，显示数据，数据写入存储器，并通过串口发送至上位机；

（7）等待下一个测量周期（回到步骤（1））的开始。

当累积衰减量达到一定数值时，系统认为滤纸上黑碳颗粒沉积量已经达到一定数量，需要进行换纸以便继续测量，此时，系统将自动控制进纸电机进行进纸，再又转纸电机进行转纸。换纸期间，为了使气泵在不间断工作的情况下保持滤纸干净，系统控制气体从旁路进气口进入，经过三通电磁阀的旁路通道，最后通过排气口排除仪器外。

由于参考点的滤纸和其它光学器件的透光率在整个测量过程中不会发生变化，所以参考点的测量信号可以用来修正光源光强的微小变化，以提高仪器的准确性。
合肥霍金光电生产的七波段黑碳气溶胶监测仪设计思路和技术路线新颖，各项性能指标均达到国际同类产品水平，并在局部功能设计上优于国外同类产品，总体技术处于国内领先水平。合肥霍金光电研发团队在合肥物质科学研究院环境光学中心“七波段碳黑气溶胶分析仪”技术基础理论研究的基础上，通过技术创新、“二次开发”，并依据中国气象局、中国环保局等用户的使用意见，完善了设计与工艺，在机械结构、软件功能、操控界面、数据存储格式及存储容量等方面，使之更符合国内客户的使用习惯，已完全具备了产业化实施的全部条件，首批生产的10台样机全部满足设计要求，与此同时，公司已获得针对检测方法和仪器设计的发明专利。

表1 BCA7技术指标

名称	技术指标
测量范围	0 ng/m³～1000,000ng/m³
测量精度	5％
系统噪声	≤100 ng/m³
光源波长	370nm，470nm，520nm，590nm，660nm，880nm，950nm
数字输入/输出	RS-232接口
仪器显示	8行液晶显示屏
采样流量	1～8升/分（内置泵，可调）
数据存储介质、容量	（1）内部存储器、11天以上（2）USB接口，一年以上(可选)
通信方式	GPS 通信（可选）
操作环境	-30～40℃，一般室内环境
电源	220V±22V，50Hz±1Hz
重量	21公斤
机箱尺寸	约440mm×260mm×320mm

【讨论】BCA-I黑碳仪 国内最先进的监测大气黑碳气溶胶的技术

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