GB/T34287-2017
温室气体甲烷测量离轴积分腔输出光谱法
Greenhousegas—Methanemeasurement—Off-axisintegratedcavityoutputspectroscopymethod
- 中国标准分类号（CCS）A47
- 国际标准分类号（ICS）07.060
- 实施日期2018-04-01
- 文件格式PDF
- 文本页数9页
- 文件大小517.77KB
以图片形式预览温室气体甲烷测量离轴积分腔输出光谱法
温室气体甲烷测量离轴积分腔输出光谱法
国家标准 GB/T34287一2017 温室气体甲浣测量 离轴积分腔输出光谱法 Greenhousegas- ;Methanemeasurerment of-axisintegratelcaxityotputspectroscopymethod 2017-09-07发布 2018-04-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/34287一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由气象局提出
本标准由全国气候与气候变化标准化技术委员会大气成分观测预报预警服务分技术委员会(SAC/ TC540/sSC1)归口
本标准起草单位:气象局气象探测中心,北京市气象局、国家卫星气象中心
本标准主要起草人:张晓春、周怀刚、贾小芳,温民、王缅、靳军莉、张兴赢、林伟立、汤洁
GB/T34287一2017 引 言 温室效应所带来的气候变暖,给全球的气候、生态和经济发展等方面带来了显著的影响,受到世界 各国政府、科学家和社会公众的广泛重视
甲烧是大气中主要的温室气体之一,为规范温室气体甲烧离轴积分腔输出光谱测量方法,获取准确 可靠的测量数据,特制定本标准
IN
GB/34287一2017 温室气体甲完测量 离轴积分腔输出光谱法 范围 本标准规定了使用离轴积分腔输出光谱法测量环境大气温室气体甲婉烧浓度的方法概述、测量条件、 测量准备、测量方法和标校方法等 本标准适用于开展温室气体甲烧浓度的测量
术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
2.1 标气standardgas 以干洁空气为底气、目标物质浓度已知的混合气体
注:改写QX/T125一2011 1,定义10.2
2.2 工作标气workingstandard gas 用于对样品中目标物质浓度进行定量测量的标气
注:改写QX/T125201l,定义10.8 2.3 目标标气targestandardgas 用于检查和评估测量系统运行状况而被当作样品进行定期和重复测量的标气
注:改写QX/T125一2011,定义10.9， 2.4 样气samplegas 由测量系统进行测量的气体
2.5 直接测量法diretmeasurementmethodl 利用离轴积分腔输出光谱仪器直接对样气中目标物质浓度进行测量的方法
2.6 标气外标测量法exteralstandardlmeasuremenmethod 利用离轴积分腔输出光谱仪器交替测量工作标气、目标标气和空气中目标物质的浓度响应,再根据 工作标气中目标物质的浓度值计算得到目标标气或空气中目标物质浓度的方法
3 方法概述 3.1方法原理 根据目标物质的特征吸收光谱,使特定波长的激光偏离光轴人射充有样气的高精密谐振光腔,在高 效反射镜的作用下不断反射,通过测量和比较人射光和透射光的强度,从而得到样气中目标物质的
GB/T34287一2017 浓度
依据BeerLambert定律,当一束激光直接穿过目标气体时,某种分子的浓度与测量出的光谱吸收 关系如式(1): 一
-aos 式中 频率为u的激光穿过样气后的激光强度 -频率为v的激光进人腔室前的激光强度; P 气体压力; 吸收系数; 更 -跃迁线性方程; 光程长度; C 气体浓度
3.2方法种类 3.2.1测量方法分为直接测量法和标气外标测量法,本标准推荐使用标气外标测量法
3.2.2直接测量法适用于不使用标气而进行的临时性、短时的测量 3.2.3标气外标测量法适用于长期、高精度测量
测量条件 4.1主要技术指标 离轴积分腔输出光谱仪器测量温室气体甲婉的主要技术指标见表1
表1主要技术指标 参数名称 指标要求 精度(非污染大气 小于2×10-"mol/mol 24h漂移(15min平均 小于2×10-"mol/mol 工作环境 温度为25C士3,相对湿度小于60% 4.2关键部件 4.2.1光源应满足如下基本要求 发散角小于1mrad,发散光的光斑直径小于光学谐振腔镜的直径; 工作温度偏差小于0.01C; 工作压力偏差小于360.0Pa
高精密光学谐振腔应满足如下基本要求 4.2.2 谐振腔长度与高反射率透镜的曲率半径应满足的条件如式(2) 0<(1一 -a- 一l R” 式中 n 腔长;
GB/34287一2017 R,R 高反射率透镜的曲率半径; -腔体两端分别由高反射率曲面反射透镜密封; 透镜反射率大于99%,轴线处于重合的最优位置
4.2.3光电探测器应满足如下基本要求 感应面位于透镜焦点处; 光谱响应范围覆盖待测物质的主要吸收光谱范围 响应时间小于60ns; 信号采集频率不低于200Hz 可检测到能量小于10-J的光信号
S 测量准备 5.1样气准备 5.1.1样气进人仪器前,应滤除粒径大于2.54m的颗粒物
5.1.2空气进人仪器前,宜进行除湿处理
5.2仪器准备 应使用浓度范围覆盖测量地点空气中甲烧浓度变化范围的标气对测量系统进行线性、重复性和漂 移等测试,测试合格后方可进行测量
5.2.1线性测试 5.2.1.1在相同测量条件下,利用至少3种不同浓度的标气进行测量
5.2.1.2不同浓度的标气应交替进行测量,每种标气的测量次数不少于3次,每次测量的时长不少于 5min
5.2.1.3在每次测量的时长内选取至少60%的稳定测量数据进行平均计算,得到标气每次测量的浓度 响应平均值
5.2.1.4对标气的浓度值和浓度响应平均值进行最小二乘法线性拟合计算,拟合优度应大于0.999
5.2.2重复性测试 在相同测量条件下,利用同一浓度的标气进行连续测量.测量时长不小于30min. 5.2.2.1 5.2.2.2计算300s时间步长的浓度响应平均值,测量时长内300、浓度响应平均值的标准差应小于 2.0×10-"mol/mol
5.2.3漂移测试 5.2.3.1在相同测量条件下,对同一浓度的标气进行连续测量,测量时长不小于24h
5.2.3.2计算15min时间步长的浓度响应平均值,测量时长内浓度响应平均值的最大值与最小值间的 偏差应小于2.0×10-mol/mol. 测量方法 6.1直接测量法 6.1.1经过处理的样气,通过采样控制装置进人仪器进行测量
GB/T34287一2017 6.1.2采集仪器测量的输出信号和数据,计算稳定测量数据的算术平均值可得到不同时间分辨率的测 量结果
6.1.3 当仪器的线性,重复性和准确性等发生变化时应及时调整仪器
6.2标气外标测量法 6.2.1选取至少1瓶工作标气和至少1瓶目标标气用于空气测量
6.2.2当工作标气数量为1瓶时,其甲炕的浓度宜接近空气中甲婉的浓度;当工作标气数量超过1瓶 时,其甲烧浓度范围宜覆盖测量地点空气中甲烧浓度的变化范围
目标标气的甲烧浓度可根据需要选 取,宜接近空气中甲婉的浓度
6.2.3工作标气、目标标气和空气宜交替进行测量;工作标气和目标标气宜每隔12h测量一次,每种标 气的测量时长应不少于5" mln
6.2.4选取测量时长内的稳定测量数据进行平均计算,分别得到工作标气、目标标气和空气中甲烧的 浓度响应平均值和标准偏差
6.2.5选用一个工作标气进行测量时,利用工作标气的甲烧浓度值和仪器测量的浓度响应平均值,得 到线性比例系数;再利用仪器测量的目标标气或空气中甲婉的浓度响应平均值计算得到目标标气或空 气中甲烧的浓度
选用两个或多个工作标气进行测量时,利用多个工作标气的甲烧浓度值和仪器测量的浓度响应 6.2.6 平均值进行最小二乘法线性拟合,得到线性回归方程;再利用线性回归方程和目标标气或空气中甲婉的 浓度响应平均值,计算得到目标标气或空气中甲婉的浓度 标校方法 7.1激光准直与光源调整应符合如下要求: 调整光源发散光的准直,调制发散光的中心波长,使其位于甲烧吸收线的中心位置 a b 调整激光人射角度使得光信号的信噪比达到最优 调整高精密谐振腔的密封,使其处于良好状态 c 7.2标气标校应符合如下要求 选取标准等级高于待标标气的高等级标气进行标校
a 应至少选取3种浓度不同的高等级标气,其浓度范围应涵盖待标标气的甲婉浓度变化范围
b 对高等级标气、待标标气交替进行测量,每种标气的测量时长不少于5min
c 所有高等级标气、待标标气均完成一次测量为一个周期,标校周期不少于3个
d 按6.2计算得到每个标校周期中待标标气的甲烧浓度值和标准偏差,当3个连续标校周期内 e 的标准偏差均小于2.0×10-rmol/rmol时,取3次结果的平均值作为待测标气的甲烧浓度值
标气标校的时间间隔宜为1年
7.3更换关键部件、涉及测量性能的维修、仪器性能改变或有所怀疑时,应及时调整仪器
GB/34287一2017 参考文献 [1]QX/T67一2007本底大气二氧化碳浓度瓶采样测定方法一非色散红外法 [2]Qx/T125一20I1温室气体本底观测术语 [3]气象局.大气成分观测业务规范(试行).北京;气象出版社,2012 [4]气象局综合观测司.大气成分观测业务技术手册(第一分册:温室气体及相关微量成分. 北京:气象出版社,2014. [5]worldMeteorologiealOrganization.GlobalAtmosphereWatch(GAw)StrategiePlan;2008 2015-AContributiontotheImplemmentationoftheWMOStrat Plan;2008-2011WMOTDNo. tegIc 1384).2007. [[6]worldMeteorologiealOrganization.GlobalAtmosphereWatch(GAw)Addendumforthe Period2012-2015tothewNMoGiobalAtmospherewateh(G.Aw)StrategiePlan20082015.201. [7]WorldMeteorologicalOrganization.GuidetoMeteorologicallnstrumentandMethodsof Observation.2008，
温室气体甲烷测量离轴积分腔输出光谱法GB/T34287-2017
随着全球工业化进程的加速，温室气体的排放越来越严重。其中，甲烷是一种重要的温室气体，其对全球气候变化的影响不容忽视。因此，准确测量大气中甲烷的浓度至关重要。
GB/T34287-2017是我国制定的关于温室气体甲烷测量的标准，其中引入了离轴积分腔输出光谱法作为一种新的测量方法。
离轴积分腔输出光谱法通过将光束照射到一个离轴积分腔内，让光在多次反射中逐渐沿着光程轨迹增强，最终输出到探测器上。这种方法可以有效减小外界干扰和仪器系统误差，提高测量的精度和可靠性。
与传统的基于吸收法的甲烷浓度测量方法相比，离轴积分腔输出光谱法具有以下优点：
- 对仪器系统的要求低，适用范围广；
- 可以同时测量多种温室气体的浓度，且不受其他气体成分的影响；
- 测量灵敏度高，响应时间短；
- 数据处理简单，易于实现自动化测量。
总之，离轴积分腔输出光谱法是一种非常有效的温室气体甲烷浓度测量方法，将在未来得到更广泛的应用。
