快速大氣氨氣測量 · 高靈敏度和分辨率 · 便攜式設計和低功耗

       大氣氨氣（NH ₃）是細顆粒物的先驅，對空氣質(zhì)量和氣候變化具有影響。過去，氨通量的測量受到檢測挑戰(zhàn)的限制，從而導致世界范圍內(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，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的采樣假象，從而確保了高速NH ₃測量。HT8700E克服了傳統(tǒng)儀器的局限性，完全滿足渦度協(xié)方差技術的要求。該分析儀功率低，重量輕且易于維護。它可以適應各種偏遠的生態(tài)環(huán)境，也可以安裝在行駛的車輛上。

主要特點
開放路徑，高靈敏度和快速響應的功能

· 使用激光光譜法進行 超靈敏的NH 3密度測量

· 無需泵

· 沒有時間延遲或吸附在管上的衰減

· 快速響應大型NH ₃濃度變化

便攜式設計，適用于多種現(xiàn)場部署

· 較強的環(huán)境適應性和抗振性

· 增強型碳纖維光機械，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而造成信號丟失

遠程現(xiàn)場和移動測量

· 太陽能板或電池可以提供低功率

· 輕巧（<10kg）

· 易于在偏遠地區(qū)或車輛上安裝和維護

原理技術
       HT8700E基于波長調(diào)制量子級聯(lián)激光吸收光譜（WM-QCLAS）技術。最近，隨著QCL技術的發(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的強吸收線來實現(xiàn)高精度和高選擇性分析?；痉椒ㄊ切蕭哌^NH ₃分子的特定吸收光譜線的QCL波長。透射光被光電檢測器接收，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。然而，NH ₃分子在近紅外區(qū)域（?1.5um）的吸收峰強度非常低，這限制了檢測精度。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倍更強的吸收峰。HT8700E使用半導體QCL作為紅外激光源。暴露在大氣中的兩個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有重疊，從而確保了抗干擾NH ₃的測量。結合HT8700E信號處理技術，NH ₃有效檢測基本轉變，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是激光電流驅動器和溫度控制器。L是QC激光源。BS是分束器。M1和M2是開放路徑Herriott單元配置中的兩個高反射鏡。M3是反射鏡，R是參考氣室。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器，用于信號和參考路徑。FPGA + MCU負責數(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時間限制在幾秒鐘或更長時間。開放路徑配置很大程度地減少了與NH ₃表面吸附到進口管上相關的采樣假象。

HT8700E可確保較短的響應時間和10Hz的數(shù)據(jù)輸出，滿足在移動平臺上進行瞬時NH ₃排放測量和渦流協(xié)方差通量測量的要求。

應用說明
畜牧場的現(xiàn)場測量
       圖3顯示了典型的氨氣移動分析系統(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，風速計模塊和實時數(shù)據(jù)處理模塊。整個系統(tǒng)可安裝在汽車行李架上，并實時收集10Hz高速氨氣濃度數(shù)據(jù)。GPS模塊和風速計模塊同時收集緯度，經(jīng)度位置數(shù)據(jù)，風向和風速數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被同步并傳輸?shù)皆埔赃M行遠程數(shù)據(jù)處理。實時濃度分析為高速，準確的氨氣排放監(jiān)測和追蹤提供了完整的解決方案。
       圖4顯示了畜牧場周圍的測試大氣氨濃度。紅色的圖釘指示場的位置，顏色跡線表示測試路線。藍色表示濃度低，而紅色表示濃度高。實驗中發(fā)現(xiàn)了兩個濃度峰值（> 250 ppb），分別位于農(nóng)場的正門（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是瞬時氨濃度數(shù)據(jù)的樣本，顯示了對濃度變化的短響應時間（<1秒）。實驗證明了該系統(tǒng)在行駛數(shù)百公里的車輛上的穩(wěn)定性和可靠性，同時實現(xiàn)了亞ppb級氨的高速，高精度測量。