快速大氣氨氣測(cè)量 · 高靈敏度和分辨率 · 便攜式設(shè)計(jì)和低功耗
大氣氨氣（NH 3）是細(xì)顆粒物的，對(duì)空氣質(zhì)量和氣候變化具有影響。過(guò)去，氨通量的測(cè)量受到檢測(cè)挑戰(zhàn)的限制，從而導(dǎo)致世界范圍內(nèi)NH 3排放估算中的巨大誤差。
HT8700E開放式大氣NH 3分析儀，即高精度大氣氨本底激光開路分析儀，基于下一代中紅外激光光譜技術(shù)，可確保分析儀的高精度和高靈敏度。與傳統(tǒng)的封閉路徑分析儀相比，開放路徑配置很大程度地減少了與NH 3表面吸附到管道上相關(guān)的采樣假象，從而確保了高速NH 3測(cè)量。HT8700E克服了傳統(tǒng)儀器的局限性，*渦度協(xié)方差技術(shù)的要求。該分析儀功率低，重量輕且易于維護(hù)。它可以適應(yīng)各種偏遠(yuǎn)的生態(tài)環(huán)境，也可以安裝在行駛的車輛上。
主要特點(diǎn)
開放路徑，高靈敏度和快速響應(yīng)的功能
· 使用激光光譜法進(jìn)行 超靈敏的NH 3密度測(cè)量
· 無(wú)需泵
· 沒(méi)有時(shí)間延遲或吸附在管上的衰減
· 快速響應(yīng)大型NH 3濃度變化
便攜式設(shè)計(jì)，適用于多種現(xiàn)場(chǎng)部署
· 較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和抗振性
· 增強(qiáng)型碳纖維光機(jī)械，可很大程度地減少系統(tǒng)漂移和重量
· 加熱后視鏡可避免因凝結(jié)而造成信號(hào)丟失
遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)和移動(dòng)測(cè)量
· 太陽(yáng)能板或電池可以提供低功率
· 輕巧（<10kg）
· 易于在偏遠(yuǎn)地區(qū)或車輛上安裝和維護(hù)
原理技術(shù)
HT8700E基于波長(zhǎng)調(diào)制量子級(jí)聯(lián)激光吸收光譜（WM-QCLAS）技術(shù)。最近，隨著QCL技術(shù)的發(fā)展，HealthyPhoton得以推出基于QCL的分析儀，該分析儀利用中紅外光譜帶中NH 3的強(qiáng)吸收線來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度和高選擇性分析。基本方法是校準(zhǔn)掃過(guò)NH 3分子的特定吸收光譜線的QCL波長(zhǎng)。透射光被光電檢測(cè)器接收，并提取和分析透射光譜的諧波分量。
中紅外激光光譜
近紅外二極管激光器已用于NH 3檢測(cè)。然而，NH 3分子在近紅外區(qū)域（?1.5um）的吸收峰強(qiáng)度非常低，這限制了檢測(cè)精度。與近紅外區(qū)域相比，圖1顯示NH 3在中紅外波段（8-10um）具有100倍更強(qiáng)的吸收峰。HT8700E使用半導(dǎo)體QCL作為紅外激光源。暴露在大氣中的兩個(gè)高反射鏡之間的激光束多次反射產(chǎn)生了數(shù)十米的有效光程。使用調(diào)制激光信號(hào)的鎖定放大（圖2所示）提取在光譜峰值處的激光能量吸收。在使用的頻帶中，吸收峰與H 2 O，CO和其他大氣痕量氣體沒(méi)有重疊，從而確保了抗干擾NH 3的測(cè)量。結(jié)合HT8700E信號(hào)處理技術(shù)，NH 3有效檢測(cè)基本轉(zhuǎn)變，并以低于ppb的靈敏度檢索氣體濃度。
圖 1 NH 3在近紅外（藍(lán)色區(qū)）和中紅外（紅色區(qū)）帶的吸收峰
圖 2 系統(tǒng)示意圖
P＆T是環(huán)境壓力和溫度傳感器。LD＆TC是激光電流驅(qū)動(dòng)器和溫度控制器。L是QC激光源。BS是分束器。M1和M2是開放路徑Herriott單元配置中的兩個(gè)高反射鏡。M3是反射鏡，R是參考?xì)馐?。D1 / Pre-amp1和D2 / Pre-amp2是分別具有低噪聲前置放大器的紅外光電探測(cè)器，用于信號(hào)和參考路徑。FPGA + MCU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，處理，頻譜檢索以及系統(tǒng)控制/通信。
開放路徑配置
NH 3閉路分析儀中的表面吸附和解吸作用將響應(yīng)時(shí)間限制在幾秒鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。開放路徑配置很大程度地減少了與NH 3表面吸附到進(jìn)口管上相關(guān)的采樣假象。
HT8700E可確保較短的響應(yīng)時(shí)間和10Hz的數(shù)據(jù)輸出，滿足在移動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行瞬時(shí)NH 3排放測(cè)量和渦流協(xié)方差通量測(cè)量的要求。
應(yīng)用說(shuō)明
畜牧場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
圖3顯示了典型的氨氣移動(dòng)分析系統(tǒng)。它包含HealthPhoton HT8700E氨氣分析儀，坎貝爾的CR3000數(shù)據(jù)采集模塊，GPS模塊，風(fēng)速計(jì)模塊和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊。整個(gè)系統(tǒng)可安裝在汽車行李架上，并實(shí)時(shí)收集10Hz高速氨氣濃度數(shù)據(jù)。GPS模塊和風(fēng)速計(jì)模塊同時(shí)收集緯度，經(jīng)度位置數(shù)據(jù)，風(fēng)向和風(fēng)速數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被同步并傳輸?shù)皆埔赃M(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理。實(shí)時(shí)濃度分析為高速，準(zhǔn)確的氨氣排放監(jiān)測(cè)和追蹤提供了完整的解決方案。
圖4顯示了畜牧場(chǎng)周圍的測(cè)試大氣氨濃度。紅色的圖釘指示場(chǎng)的位置，顏色跡線表示測(cè)試路線。藍(lán)色表示濃度低，而紅色表示濃度高。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)濃度峰值（> 250 ppb），分別位于農(nóng)場(chǎng)的正門（349.3 ppb）和糞便傾瀉區(qū)。它們都是氨氣排放源，濃度隨著距離的增加而逐漸降低。
圖5是瞬時(shí)氨濃度數(shù)據(jù)的樣本，顯示了對(duì)濃度變化的短響應(yīng)時(shí)間（<1秒）。實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)在行駛數(shù)百公里的車輛上的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了亞ppb級(jí)氨的高速，高精度測(cè)量。
