仪器概述

开路式腔衰荡消光仪(英文名:Open-Path Cavity Ring-Down System;型号:OPCRDS;品牌:HSL)是一款测量真实环境条件下(无干燥)气溶胶光学消光系数的高精密度仪器。该仪器是由位于美国科罗拉多州博尔德市(Boulder, CO, USA)的Handix Scientific,LLC.制造。OPCRDS能快速、实时、连续、直接、精确地测量气溶胶的消光系数,仪器采用开路式测量,避免了由于粗粒子碰撞、高湿度粒子蒸发所带来的损失从而导致的测量误差。

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技术优势

  1. 不需要标定;
  2. 开放式测量区域设计,无进样管路、无干燥,测量结果更接近于真实环境条件;避免了粗粒子与高湿度粒子的进样损失;
  3. 自动零气冲洗,背景信号更容易控制;避免了由于零气通入所造成的观测结果的偏低

应用案例

  1. 大烟雾山国家公园观测结果的对比显示,OPCRDS在一般湿度和高湿度环境条件中发挥优于其它进样干燥后测量的仪器。图中蓝色为ARI CAPS的结果,相对湿度由OPCRDS的内置传感器测量。当相对湿度大于90%时,消光系数会增强大约5-10倍。
  2. OPCRDS.measure.jpg

结构与原理

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OPCRDS根据Closed-Path CRDS进行升级,采用开路式采样系统,主要包括脉冲激光器和衰荡腔。脉冲激光器为光源,衰荡腔(此衰荡腔为开放式设计)由两个反射率在99%以上的反射镜组成,衰荡腔中为被测气体,脉冲激光束入射衰荡腔,并在两个反射镜之间来回反射,衰荡腔外部采用高响应速率的探测器接受随时间变化的输出光强。

根据吸收光谱比尔定律,随着光波的衰荡,在腔外可以探测到随指数衰减的光强信号:

It=I0exp(- t/τ)

式中,I0:入射到腔中的初始光强;t:光在腔中的衰荡时间,τ与光腔中的损耗相关,损耗包括腔内介质的吸收损耗和其他损耗(如介质的散射损耗、腔镜的透射、衍射及散射损耗)。

技术指标

  1. 全粒径段测量
  2. 激光:波长674 nm,能量10mW
  3. 检测限:下限0.05 Mm-1 (1σ),上限约300 Mm-1
  4. 采样频率:1 Hz
  5. 采样流量:约1500 LPM
  6. 背景校准:每20分钟一次,校准2分钟
  7. 环境条件:环境气压,低温-20 ℃,高温40 ℃,相对湿度约0-100%
  8. 数据存储:闪存卡,每天30M
  9. 接触测量目标的介质:铜、不锈钢、铝
  10. 数据输出:8-wire, RJ-45, 10/100 BASE-T, TCP/IP
  11. 体积/重量:55” x 29” x 19”, 35 lbs;[140 cm x 74 cm x 49 cm, 16 kg]
  12. 电源:100-240 VAC (50/60Hz),约250W

标准配置

  1. 1台主机
  2. 1台内置的数据采集模块
  3. 1套预装的实时数据采集和仪器控制软件
  4. 1个定制的可重复使用的仪器运输箱

参考文献

  1. Gordon T D, Wagner N L, Richardson M S, et al. Design of a novel open-path aerosol extinction cavity ringdown spectrometer[J]. Aerosol Science and Technology, 2015, 49(9): 717-726.