仪器概述

光学气溶胶探空仪(英文名:Portable Optical Particle Profiler,型号:POPS)是一款测量气溶胶粒径谱的光学仪器。该仪器由美国Handix Scientific LLC (Boulder, Colorado, USA)制造,具有超轻便和高性能等优点,是使用探空气球、系留汽艇和无人机等平台观测气溶胶粒径谱的理想工具。

型号分类:POPS-1010、POPS-1110、POPS-1120

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图1. POPS 实物照片
尺寸/重量:27 cm (长) x 23 cm (宽) x 11 cm (高) / 0.75 kg

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图2. POPS 内部核心部件尺寸

应用案例

2015年8月使用POPS实验,从图3结果可以明显看出,受亚洲季风影响,对流层气溶胶被气流带入平流层的现象。(NOAAnews).

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图3. 垂直气溶胶数浓度廓线

图4中为POPS、SMPS、APS三台仪器测量10分钟平均数据对比。垂直虚线表示POPS的100%测量下限。灰色阴影区域代表POPS测量的不确定度。水平误差表示POPS的测量粒径误差。(R.S.Gao,2016)

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图4. POPS与其它仪器结果比较

主要用途:

  1. 气溶胶研究
  2. 探空气球观测
  3. 系留汽艇观测
  4. 无人机观测
  5. 恶劣条件下的气溶胶测量

技术指标

  1. 测量粒径范围:130nm – 3μm
  2. 直径分辨率:直径的5%左右
  3. 浓度测量范围:下限为统计结果,上限为1250#/cm3(样品流量为0.1 LPM时,10%重合率)
  4. 颗粒物浓度精度:浓度低于1000#/cm3时,误差在±10%以内(样品流速在0.1 LPM条件下)
  5. 样品流速:0.05 – 0.35 LPM(用户可调)
  6. 激光波长:405nm;功率:~70mW
  7. 采样时间间隔:1-300s(用户可调)
  8. 仪器运行条件:温度:-40℃ – 30℃,相对湿度:0-95%(非凝结状态)
  9. 数据存储:8G内存卡
  10. 仪器电源:可充电电池(充电电源:100-240 VAC, 50/60 Hz);功率:7W
  11. 信息传输:以太网接口与串行接口
  12. 仪器尺寸:27 cm (长)、23 cm (宽) 、11 cm (高)
  13. 仪器重量:550g

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图3. POPS 测量粒径下限(D50)

结构与原理

POPS的工作原理如图所示。内置抽气泵将样本大气和鞘气抽入仪器的光学腔。样本大气中的颗粒物经过激光束时产生的散射光被采光镜采集聚焦到光电倍增管,转换成电压,然后通过米散射理论计算得到颗粒物的粒径。

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图4. POPS 原理图

参考文献

  1. Gao, R.S., et al., A light-weight, high-sensitivity particle spectrometer for PM2.5 aerosol measurements, Aerosol Science and Technology 50, 88-99, 2016link
  2. Pengfei Yu, Karen H. Rosenlof, Shang Liu, Hagen Telg, Troy D. Thornberry, Andrew W. Rollins, Robert W. Portmann, Zhixuan Bai, Eric A. Ray, Yunjun Duan, Laura L. Pan, Owen B. Toon, Jianchun Bian, Ru-Shan Gao, Efficient transport of tropospheric aerosol into the stratosphere via the Asian summer monsoon anticyclone, Proceedings of the National Academy of Sciences Jul 2017, 114 (27) 6972-6977; DOI: 10.1073/pnas.1701170114