《《大气臭氧监测激光雷达技术要求及检测方法作业指导书》.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《大气臭氧监测激光雷达技术要求及检测方法作业指导书》.pdf（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 ICS 17.040.30 M 50 团体标准 T/JSSES XX-2019 大气臭氧监测激光雷达技术要求及 检测方法作业指导书 Specifications and Test Procedures for Atmospheric Ozone Monitoring System of LIDAR 2019-XX-XX 发布 2019-XX-XX 实施 江苏省环境科学学会 发布 目 次 1 范围 . 0 2 规范性引用文件 . 0 3 术语和定义 . 0 4 系统组成与原理 . 1 4.1 系统组成 1 4.2 方法原理 2 5 技术要求. 2 5.1 外观要求 2 5.2 工作条件 2 5
2、.3 功能要求 3 5.4 性能要求 3 5.5 安全要求 3 5.6 IP 等级 4 5.7 包装 4 5.8 运输 4 5.9 贮存 4 6 试验方法. 5 6.1 试验仪器、设备 5 6.2 外观检查 5 6.3 主要技术检验指标 5 6.3.1 波长数量 . 5 6.3.2 时间分辨率 . 5 6.3.3 空间分辨率 . 5 6.3.4 探测盲区 . 6 6.3.5 数据准确性 . 6 6.3.6 有效探测高度 . 7 附录 A 差分吸收方程 8 附录 B 盲区与过渡区 . 10 附录 C 几何重叠因子 . 11 附录 D 信噪比计算 . 12 附录 E 数据质量判断计算 13 附录
3、F 一元回归分析 15 T/JSSES XXXX-YYYY 前前 言言 本标准按照 GB/T 1.12009 给出的规则起草。 本标准主要编写单位：无锡中科光电技术有限公司。 本标准参与编写单位：中国科学院安徽光学精密机械研究所、江苏省环境监测中心、甘 肃省环境监测中心、江苏省气象局、合肥中科环境监测技术国家工程实验室有限公司、深圳 大舜激光技术有限公司。 本标准主要起草人：李静瑶、何勇、李岭、王界、马娜、万学平、张天舒、董云升、范 广强、秦玮、王莉娜、刘端阳、刘洋、徐文静。 本标准为首次发布。 本标准自 2019 年 XX 月 XX 日起实施。 本标准由江苏省环境科学学会提出并解释。 T/J
4、SSES XXXX-YYYY 大气臭氧监测激光雷达技术要求及检测方法作业指导书 1 范围 本标准规定了大气臭氧监测激光雷达的属于和定义、系统组成、基本参数、技术要求、 检测方法、标志标识、包装、运输和贮存。 本标准适用于大气臭氧监测激光雷达（以下简称臭氧雷达）。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本 适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件， 其最新版本 （包括所有的修改单） 适用于本文件。 GB/T 191-2008 包装储运图示标志 GB 2894-2008 安全标志及其使用导则 GB/T 4208-2017 外壳防护等级（IP
5、 代码） GB 7247.1-2012 激光产品的安全 第 1 部分：设备分类、要求和用户指南 GB/T 10320-2011 激光设备和设施的电气安全 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本规范。 3.1 盲区 Blind Region 在离激光雷达非常近的一段距离范围内， 激光器发射的激光光束不在接收视场内， 接收 望远镜接收不到大气颗粒物及分子的后向散射光， 接收到的是杂散光这一区域称为激光雷达 的盲区。 3.2 过渡区 Transition Region 盲区以外， 发射的激光光束逐步地进入接收望远镜的接收视场内， 大气颗粒物及分子的 后向散射光只是部分地被接收，这一区域称为激光雷达的
6、过渡区。 T/JSSES XXXX-YYYY 3.3 大气气溶胶消光系数 extinction coefficient of atmosphere aerosol 大气气溶胶消光系数是指发射光在大气中传播单位距离时的相对衰减率， 是大气中的气 溶胶对发射光的散射与吸收的贡献之和。 3.4 臭氧垂直廓线 vertical ozone profile 是描述大气中的臭氧的浓度值随着垂直高度分布的曲线。 4 系统组成与原理 4.1 系统组成 大气臭氧监测激光雷达包括激光发射单元， 光信号接收和分光单元， 光电转换和信号处 理单元，数据采控、处理、分析单元以及其他辅助设备。 4.1.1 激光发射单元
7、激光发射单元将激光光束经过拉曼频移、准直、反射之后，按照一定的角度发射至大气 中，遇到大气中的臭氧后发生吸收和散射，主要由激光器、拉曼频移器、反射镜组成。 4.1.2 光信号接收和分光单元 光信号接收和分光单元对后向散射信号进行接收、 准直和偏振光信号的分离， 主要由接 收望远镜、光阑、准直镜、滤光片或光栅组成。 4.1.3 光电转换和信号处理单元 光电转换和信号处理单元对分离后的光信号进行光电转换、放大、滤噪处理，主要由光 电探测器、电子信号放大器、滤波器组成。 4.1.4 数据采集、控制、分析单元 数据采集、控制、分析单元对电信号进行采集、数据处理和分析，并控制整个系统各模 块的协同运行，
8、主要由数据采集模块、计算机、控制和分析软件组成。 4.1.5 其它辅助设备 其它辅助设备包括安装仪器设备如下： T/JSSES XXXX-YYYY a) 供电系统：(AC220 10) V，(50 1) Hz，供电输出功率必须大于 3 kW。 b) 固定平台：臭氧雷达必须在室内环境下使用，需配备走航车、方舱或固定站房其中 之一。 c) 光学窗口：光学天窗尺寸必须大于臭氧雷达的接收望远镜内径尺寸，并且，光学天 窗需要倾斜 110安装。 d) 环境控制系统： 必须配置保温及制冷系统， 保证仪器内部环境温度符合 5.2.1 的要 求。 e) 消防设施：安装臭氧雷达的走航车、方舱或固定站房内必须配置消
9、防设施。 f) 通讯设施：臭氧雷达必须配置移动网络终端。 4.2 方法原理 臭氧雷达是以激光为光源， 利用待测光谱吸收特性测量臭氧的浓度。 系统向大气中发射 两个或多个波长的激光束， 这些波长应处于臭氧吸收光谱的不同区域， 根据两个或多个波长 的回波信号进行差分计算激光共同路径上的臭氧的浓度。 5 技术要求 5.1 外观要求 5.1.1 臭氧雷达外观无凹痕、划伤、裂缝、变形等，表面涂层无起泡、龟裂和脱落，金属零 件无锈蚀及其它机械损伤，按钮、旋钮等应灵活、可靠，紧固件不得松动。 5.1.2 臭氧雷达应配有铭牌，安装位置明显，字迹清晰，铭牌上应含有下列信息：制造厂名 称和商标、产品名称和型号、电
10、源电压、额定功率、产品出厂编号、出厂日期、激光器输出 波长、频率、能量、探测距离。 5.2 工作条件 臭氧雷达在以下环境条件中应能正常工作： a) 使用环境：室内 b) 环境温度：1525 ； T/JSSES XXXX-YYYY c) 相对湿度：50% RH； d) 大气压力： （80106）kPa； 5.3 功能要求 5.3.1 臭氧雷达应具有数据采集、存储、网络传输功能。 5.3.2 臭氧雷达应具有故障报警功能。 5.3.3 臭氧雷达应具有定位功能。 5.3.4 臭氧雷达应具备以原始采集数据反演出臭氧浓度高度廓线、 大气气溶胶消光系数高度 廓线功能。 5.3.5 臭氧雷达应具备以时间-高度
11、-色度三个维度的伪彩图方式显示臭氧浓度、大气气溶胶 消光系数数据产品的功能， 可查看不同区域特定时间点的臭氧浓度、 大气气溶胶消光系数和 特定高度的臭氧浓度、大气气溶胶消光系数的伪彩图。 5.4 性能要求 臭氧雷达检测性能指标见表 1。 表 1 臭氧雷达性能要求 序号 技术参数 具体要求 5.4.1 波长数量 2 5.4.2 时间分辨率 5 min30 min 5.4.3 空间分辨率 7.5 m300 m 5.4.4 探测盲区（包含过渡区） 0300 m 5.4.5 数据准确性 80% 5.4.6 有效探测高度 03 km 5.5 安全要求 5.5.1 在环境温度为（1525），相对湿度 50
12、%条件下，系统电源引入线与机壳之间的 绝缘电阻应不小于 20 M。 5.5.2 系统应设有漏电保护装置，防止人身触电。 T/JSSES XXXX-YYYY 5.5.3 系统应有良好的接地措施，防止雷击对系统造成损坏。 5.5.4 激光器电源应按 GB/T 10320-2011 中 4.5.3 的规定装有应急停机装置。 5.5.5 臭氧雷达必须按 GB 7247.1-2012 中 4 类产品规定，贴有激光警告标记、说明标记、 激光窗口标志以及有关文字说明，相关标志应符合 GB 2894-2008 中的第 4 章的规定。 5.5.6 臭氧雷达必须按 GB 7247.1-2012 中的 5.2.1
13、的规定装有防护外壳。 5.6 IP等级 臭氧雷达防护等级需按照 GB/T 4208-2017 的标准，满足 IP2X 要求。 5.7 包装 5.7.1 臭氧雷达使用包装箱运输和贮存， 箱内应有软性衬垫对臭氧雷达进行保护， 如臭氧雷 达使用水冷激光器，包装时应将激光器水箱中冷却液排放干净。 5.7.2 包装箱上应有下列信息： 制造厂名称及厂址； 产品名称和型号； 收货单位及地址； 毛重、 净重； 体积(长 宽 高)； 出厂日期； “小心轻放”、 “向上”、 “防潮”等字样， 标记应符合 GB/T 191-2008 中的有关规定。 包装箱上字样和标识应能在较长时间内保持清晰、可辨。 5.7.3 臭
14、氧雷达应附有下列文件： 产品使用说明书；出厂检测报告；检验合格证；装箱单。 5.8 运输 臭氧雷达在运输过程中不得受到强烈颠簸、振动和摔撞，并应防止日晒雨淋。不允许和 易燃、易爆、易腐蚀物品混装。 5.9 贮存 臭氧雷达贮存时应以原包装存放在常温下、 相对湿度(3075)%RH 的仓库内， 库房不得 有腐蚀性气体，离墙及热源、冷源不少于 500 mm，贮存期一般为六个月，超过六个月应重 新进行检验。如使用水冷激光器，贮存期间应将激光器中水放掉，激光器中水未放掉的情况 下，严禁将激光器储存于温度低于零度的环境中。 T/JSSES XXXX-YYYY 6 试验方法 6.1 试验仪器、设备 a) 绝
15、缘电阻测试仪：阻值 500 M，精度5%； b) 直尺：测量范围 0 mm500 mm，最小刻度值 1 mm； c) 秒表：测量范围 1 s99 min 99 s，最小刻度 1 s。 d) 光谱仪：使用范围由紫外到近红外，最小分辨率为 0.5 nm。 6.2 外观检查 用目视和手感等方法进行判断，检测结果应符合 5.1 要求。 6.3 主要技术检验指标 6.3.1 波长数量 运行臭氧雷达，使用分辨率不低于0.5 nm的光谱仪测量激光发射波长，测量后输出波形 图，读取测量数据，是否含有超过2个以上波长，如有，说明波长数量满足5.4.1的要求。 6.3.2 时间分辨率 运行臭氧雷达， 打开臭氧雷达
16、采集软件开始实时采集， 观察其原始数据记录的采集时间， 如果每两条数据之间的间隔为5 min （设置相应参数， 能够调节时间分辨率为5 min30 min） ， 就说明时间分辨率满足表 5.4.2 的要求。 6.3.3 空间分辨率 在近地面气溶胶质量浓度 PM10 150g/m3、PM2.5 75g/m3，湿度 60%的晴 朗天气下， 臭氧雷达保持水平放置， 在水平距离大于盲区 2 倍以上的激光发射路径上一前一 后放置两块厚度为 5 mm 的石英玻璃板，两玻璃板的距离约为 30 m，臭氧雷达开机运行并连 续采集，获得原始采集数据，以距离为横坐标，信号幅值为纵坐标，用原始采集数据画出原 始信号廓线，对原始信号廓线进行扣除背景信号处理，获得有效信号廓线，前后微调玻璃的 位置， 使得数据点与玻璃激光反射产生的峰值点重合。 两块玻璃所对应的峰如图 1 所示能够 明显区分（中间谷底信号峰值信号80%）。 根据式（1）计算出的每个通道的空间分辨率应满足 5.4
