儀器概述
開路式腔衰蕩消光儀（英文名：Open-Path Cavity Ring-Down System；型號：OPCRDS；品牌：HSL）是一款測量真實環(huán)境條件下（無干燥）氣溶膠光學(xué)消光系數(shù)的高精密度儀器。該儀器是由位于美國科羅拉多州博爾德市（Boulder, CO, USA）的Handix Scientific,LLC.制造。OPCRDS能快速、實時、連續(xù)、直接、精確地測量氣溶膠的消光系數(shù)，儀器采用開路式測量，避免了由于粗粒子碰撞、高濕度粒子蒸發(fā)所帶來的損失從而導(dǎo)致的測量誤差。
技術(shù)優(yōu)勢
- 不需要標(biāo)定；
- 開放式測量區(qū)域設(shè)計，無進(jìn)樣管路、無干燥，測量結(jié)果更接近于真實環(huán)境條件；避免了粗粒子與高濕度粒子的進(jìn)樣損失；
- 自動零氣沖洗，背景信號更容易控制；避免了由于零氣通入所造成的觀測結(jié)果的偏低
應(yīng)用案例
- 大煙霧山國家公園觀測結(jié)果的對比顯示，OPCRDS在一般濕度和高濕度環(huán)境條件中發(fā)揮優(yōu)于其它進(jìn)樣干燥后測量的儀器。圖中藍(lán)色為ARI CAPS的結(jié)果，相對濕度由OPCRDS的內(nèi)置傳感器測量。當(dāng)相對濕度大于90%時，消光系數(shù)會增強(qiáng)大約5-10倍。
結(jié)構(gòu)與原理
OPCRDS根據(jù)Closed-Path CRDS進(jìn)行升級，采用開路式采樣系統(tǒng)，主要包括脈沖激光器和衰蕩腔。脈沖激光器為光源，衰蕩腔（此衰蕩腔為開放式設(shè)計）由兩個反射率在99%以上的反射鏡組成，衰蕩腔中為被測氣體，脈沖激光束入射衰蕩腔，并在兩個反射鏡之間來回反射，衰蕩腔外部采用高響應(yīng)速率的探測器接受隨時間變化的輸出光強(qiáng)。
根據(jù)吸收光譜比爾定律，隨著光波的衰蕩，在腔外可以探測到隨指數(shù)衰減的光強(qiáng)信號：
It=I0exp(- t/τ)
式中，I0：入射到腔中的初始光強(qiáng)；t：光在腔中的衰蕩時間，τ與光腔中的損耗相關(guān)，損耗包括腔內(nèi)介質(zhì)的吸收損耗和其他損耗(如介質(zhì)的散射損耗、腔鏡的透射、衍射及散射損耗)。
技術(shù)指標(biāo)
- 全粒徑段測量
- 激光：波長674 nm，能量10mW
- 檢測限：下限0.05 Mm-1 (1σ)，上限約300 Mm-1
- 采樣頻率：1 Hz
- 采樣流量：約1500 LPM
- 背景校準(zhǔn)：每20分鐘一次，校準(zhǔn)2分鐘
- 環(huán)境條件：環(huán)境氣壓，低溫-20 ℃，高溫40 ℃，相對濕度約0-100%
- 數(shù)據(jù)存儲：閃存卡，每天30M
- 接觸測量目標(biāo)的介質(zhì)：銅、不銹鋼、鋁
- 數(shù)據(jù)輸出：8-wire, RJ-45, 10/100 BASE-T, TCP/IP
- 體積/重量：55” x 29” x 19”, 35 lbs；[140 cm x 74 cm x 49 cm, 16 kg]
- 電源：100-240 VAC (50/60Hz)，約250W
標(biāo)準(zhǔn)配置
- 1臺主機(jī)
- 1臺內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集模塊
- 1套預(yù)裝的實時數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件
- 1個定制的可重復(fù)使用的儀器運輸箱
參考文獻(xiàn)
- 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.