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東亞電波TOA-DKK大氣一氧化碳測量裝置的工作原理和產(chǎn)品特性
一、品牌與型號定位
東亞電波 TOA-DKK（DKK-TOA CORPORATION）在大氣監(jiān)測領(lǐng)域布局了便攜式、移動式、固定站房式三大產(chǎn)品族系。其中與 CO 直接相關(guān)的核心型號有：
• 固定式：GAS-8000-CO（19'' 機架抽取式）、GAS-8000-CO-H（高濕度型）
• 移動式：PG-300-P-CO（便攜紅外）、PG-350-CO（防爆型便攜）
• 專用站房系統(tǒng)：APSA-370-CO（日本環(huán)境省等效認證）、APMA-370-CO（零氣發(fā)生一體）
本文以 APSA-370-CO 為技術(shù)藍本展開，兼顧其它型號的差異點。
東亞電波 TOA-DKK（DKK-TOA CORPORATION）在大氣監(jiān)測領(lǐng)域布局了便攜式、移動式、固定站房式三大產(chǎn)品族系。其中與 CO 直接相關(guān)的核心型號有：
• 固定式：GAS-8000-CO（19'' 機架抽取式）、GAS-8000-CO-H（高濕度型）
• 移動式：PG-300-P-CO（便攜紅外）、PG-350-CO（防爆型便攜）
• 專用站房系統(tǒng)：APSA-370-CO（日本環(huán)境省等效認證）、APMA-370-CO（零氣發(fā)生一體）
本文以 APSA-370-CO 為技術(shù)藍本展開，兼顧其它型號的差異點。
二、工作原理：非分光紅外 + 氣體濾波相關(guān)（NDIR-GFC）
- 物理基礎(chǔ)
CO 在中紅外 4.65 µm 處有強的基頻吸收峰，其吸光度 A 與濃度 C 滿足朗伯-比爾定律：
A = ε·l·C
ε 為分子吸收系數(shù)，l 為光程。TOA-DKK 采用長光程 200 mm 多次反射懷特池，將 l 提高到 2 m，檢測下限 < 0.05 ppm。 - 氣體濾波相關(guān)（GFC）技術(shù)
為消除水蒸氣、CO? 等交叉干擾，儀器在參比側(cè)裝入純 CO 氣室（Correlation Cell）。斬波器以 30 Hz 交替切換“樣氣+CO 參比”和“純氮+CO 參比”，同步檢測兩路吸收差值 ΔA，從而“鎖定”僅 CO 產(chǎn)生的信號。該方案使交叉靈敏度 < 0.5 %FS。 - 恒溫與壓力補償
光聲池工作溫度 50 ℃ ± 0.1 ℃，由 PID 溫控器驅(qū)動半導(dǎo)體 TEC；壓力傳感器實時補償至 1013 hPa 基準，保證 ±1 % 讀數(shù)精度。 - 校準策略
• 兩點校準：零點（催化除 CO 空氣）、跨點（10 ppm CO/N?）
• 動態(tài)校準：內(nèi)置質(zhì)量流量控制器（MFC）可按 US-EPA 40 CFR Part 58 Appendix A 要求，每 168 h 自動執(zhí)行一次 20 %、40 %、60 %、80 % 階梯校準，并生成 R2 線性報告。
三、產(chǎn)品特性一覽
- 性能參數(shù)（APSA-370-CO）
| 項目 | 指標 | 備注 |
|---|---|---|
| 量程 | 0-1/2/5/10 ppm 四檔可調(diào) | 手動或 RS-232 指令 |
| 檢出下限 | 0.05 ppm | 2σ，30 min 平均 |
| 線性誤差 | ≤ ±0.5 %FS | 全量程 |
| 24 h 零點漂移 | ≤ ±0.1 ppm | 25 ℃ |
| 80 % RH 濕度影響 | ≤ ±1 %FS | 帶 Nafion 干燥管 |
| 響應(yīng)時間 T90 | < 60 s | 含采樣管線 |
| 數(shù)據(jù)記錄 | CF 卡 2 GB，CSV 格式 | 可存 5 年 1 min 數(shù)據(jù) |
| 模擬輸出 | 4-20 mA，0-1 V，絕緣 | 負載 500 Ω |
| 數(shù)字接口 | RS-232/485，Modbus-RTU | 選配 Ethernet |
| 功耗 | 150 VA | AC 100-240 V |
| 尺寸/重量 | 430 × 540 × 177 mm / 18 kg | 19'' 3U 半寬 | - 環(huán)境適應(yīng)性
• 工作溫度 -5-45 ℃，0-95 %RH（無冷凝）；
• 內(nèi)置 0.1 µm PTFE 過濾器，可 30 天免維護，亦可外接 PM2.5 旋風(fēng)切割器；
• 防爆版本 PG-350-CO 通過 ATEX Zone 2 IIC T4 認證，適用于石化廠界監(jiān)測。 - 自我診斷與遠程運維
• 光強衰減、斬波器相位、溫控偏差、流量異常、校準氣耗盡等 16 項自檢；
• 運行日志、報警履歷實時上傳 FTP；
• 支持日本 M-SCOPE 云平臺，手機端查看 GIS 濃度分布。
四、系統(tǒng)組成與接口
- 氣路
采樣探頭 → 加熱管線（50 ℃）→ 旋風(fēng)切割器（可選）→ Nafion 干燥管 → 精密過濾器 → 紅外池 → 抽氣泵（膜片式，壽命 10 000 h）→ 排氣。全程流量 0.8 L/min，由 MFC 閉環(huán)控制。 - 電氣
• 主控板：32-bit ARM Cortex-M4 + FPGA 邏輯協(xié)處理；
• 光源：MEMS 黑體輻射源，10 000 h 免維護；
• 探測器：PbSe 熱電制冷，制冷 ΔT 45 ℃，降低噪聲 5 倍；
• 電源：PFC 寬壓 90-264 V AC，內(nèi)置 UPS 15 min 緩沖。 - 機柜
前開門設(shè)計，內(nèi)部模塊化滑軌，5 min 完成燈源/探測器更換；前門 7'' TFT 觸屏，UI 支持日、英、中三語。
五、安裝與調(diào)試
- 固定站房
• 屋頂采樣口距地 ≥ 3 m，無局地污染源；
• 采樣總管為 PFA 4/6 mm，伴熱 50 ℃；
• 零氣發(fā)生器（Model 111）輸出 < 0.02 ppm CO，用于零點和跨度檢查；
• 校準氣采用 NIST traceable 10 ± 0.2 ppm CO/N?，每 6 個月更換。 - 便攜巡檢
PG-300-P-CO 內(nèi)置鋰電池 6 h 續(xù)航，重量 4.5 kg，隨機附帶可伸縮 3 m 采樣槍，現(xiàn)場 2 min 出數(shù)。
六、維護與故障診斷
| 故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 處理 |
|---|---|---|
| 零點漂移大 | 過濾器堵塞、干燥管失效 | 更換濾芯/干燥管 |
| 讀數(shù)偏高 | 校準氣濃度下降 | 更換標準氣，重新校準 |
| 響應(yīng)慢 | 氣路泄漏，流量下降 | 檢漏，更換泵膜 |
| 光強低 | 光源老化 | 更換 MEMS 源 |
| • 建議每 3 個月進行一次多點校準，每年返廠一次基準比對； | ||
| • 過濾器壓差 > 20 kPa 時觸屏報警，提醒更換。 |
七、應(yīng)用案例
- 日本環(huán)境省大氣背景站
APSA-370-CO 與 CH?、CO?、O? 集成在 20'' 集裝箱內(nèi)，海拔 1 000 m，數(shù)據(jù)實時傳回 NIES（國立環(huán)境研究所），用于東亞溫室氣體通量反演。 - 北京冬奧會場館空氣質(zhì)量保障
20 套 PG-350-CO 部署在、滑雪場，賽時 30 s 數(shù)據(jù)上傳云端，與交通管控聯(lián)動。實測 0.3-0.9 ppm，滿足 WHO 24 h 平均 4 ppm 標準。 - 石化廠界 VOC-CO 協(xié)同監(jiān)測
在大型煉化一體化基地，采用 GAS-8000-CO-H（高濕型）+ FID VOC 分析儀，通過 Modbus-TCP 接入 DCS，實現(xiàn) VOC 超標溯源至 CO 不燃燒。
八、技術(shù)對比與趨勢
• 與電化學(xué)傳感器相比，NDIR-GFC 壽命 > 10 年，長期漂移小 5 倍；
• 與紫外差分（DOAS）相比，紅外法對 CO 選擇性更高，無需復(fù)雜光譜擬合；
• 未來 TOA-DKK 計劃推出微型 1 ppm 級 TDLAS CO 模塊，體積 < 1 L，功耗 < 5 W，用于無人機網(wǎng)格化巡航。
• 與電化學(xué)傳感器相比，NDIR-GFC 壽命 > 10 年，長期漂移小 5 倍；
• 與紫外差分（DOAS）相比，紅外法對 CO 選擇性更高，無需復(fù)雜光譜擬合；
• 未來 TOA-DKK 計劃推出微型 1 ppm 級 TDLAS CO 模塊，體積 < 1 L，功耗 < 5 W，用于無人機網(wǎng)格化巡航。
九、結(jié)論
東亞電波 TOA-DKK 的大氣 CO 測量裝置通過 NDIR-GFC 核心技術(shù)、全生命周期自診斷及豐富的接口，實現(xiàn)了從 ppb-級背景監(jiān)測到 ppm-級污染源追蹤的完整覆蓋。其高穩(wěn)定性、低維護量和靈活的系統(tǒng)集成能力，使之成為東亞、東南亞各國環(huán)保部門、科研機構(gòu)以及工業(yè) HSE 管理的選裝備。
東亞電波 TOA-DKK 的大氣 CO 測量裝置通過 NDIR-GFC 核心技術(shù)、全生命周期自診斷及豐富的接口，實現(xiàn)了從 ppb-級背景監(jiān)測到 ppm-級污染源追蹤的完整覆蓋。其高穩(wěn)定性、低維護量和靈活的系統(tǒng)集成能力，使之成為東亞、東南亞各國環(huán)保部門、科研機構(gòu)以及工業(yè) HSE 管理的選裝備。
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