專利名稱：長(zhǎng)程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
專利說(shuō)明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種長(zhǎng)程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測(cè)裝置。
二背景技術(shù)：
大氣中的污染氣體，如二氧化氮、二氧化硫、臭氧等對(duì)人們健康的影響是明顯的。目前，人們?yōu)榱藢?duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，常使用空氣二氧化氮、二氧化硫、臭氧自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，它由反應(yīng)物和容器、探測(cè)器、測(cè)控器(檢測(cè)、控制、計(jì)算、比較等)構(gòu)成；監(jiān)測(cè)時(shí)，儀器先將待測(cè)氣體與某些物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生電子激發(fā)態(tài)，再利用其發(fā)射出一定波長(zhǎng)光的強(qiáng)度與待測(cè)氣體的濃度成正比的特性，通過(guò)測(cè)量其的發(fā)光強(qiáng)度來(lái)反演出待測(cè)氣體的濃度；如二氧化氮監(jiān)測(cè)儀工作時(shí)，先將二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮，再讓一氧化氮與臭氧反應(yīng)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)二氧化氮，該激發(fā)態(tài)二氧化氮很不穩(wěn)定，很快回到基態(tài)并發(fā)射波長(zhǎng)范圍為600-3000納米的光，根據(jù)測(cè)得的該發(fā)射光的強(qiáng)度來(lái)確定一氧化氮的濃度，最后由一氧化氮濃度推算出二氧化氮濃度；再如臭氧監(jiān)測(cè)儀是基于臭氧與乙烯的氣相化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的甲醇或乙二醇，當(dāng)激發(fā)態(tài)分子回到基態(tài)發(fā)出一定能量的光，所發(fā)光的強(qiáng)度與臭氧濃度呈線形關(guān)系，從而間接地測(cè)出臭氧濃度。也有使用紫外熒光法來(lái)監(jiān)測(cè)的，如《環(huán)境監(jiān)測(cè)》(奚旦立等主編，高等教育出版社1995年4月第二版，第131-132頁(yè))一書中所公開的一種二氧化硫監(jiān)測(cè)儀，它由樣品池、紫外光源、探測(cè)器構(gòu)成；監(jiān)測(cè)時(shí)，儀器先將二氧化硫通入樣品池，然后用紫外光190-300納米照射，二氧化硫分子吸收紫外光能量后躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的二氧化硫分子回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出波峰為330納米的紫外熒光，該熒光強(qiáng)度與二氧化硫濃度呈線性關(guān)系，進(jìn)而再推演出二氧化硫的濃度。但是，這些儀器都存在著諸多的不足，首先，每種儀器僅能測(cè)量單一種的氣體，利用率不高；其次，測(cè)量的過(guò)程較復(fù)雜，儀器的維護(hù)工作量大，運(yùn)行的成本過(guò)高；再次，測(cè)量的精度不高；第四，測(cè)量時(shí)要排放出一定量的反應(yīng)后氣體，除工作噪聲大外，還對(duì)環(huán)境有污染；第五，測(cè)量的范圍小，儀器只能測(cè)量安放點(diǎn)處的污染氣體濃度值，測(cè)量的結(jié)果易受污染源的影響，其代表性不強(qiáng)。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種長(zhǎng)程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測(cè)裝置。
所采用的技術(shù)方案包括探測(cè)器和與其電連接的測(cè)控器，特別是附有光源的望遠(yuǎn)鏡兩端的光路上分別置有反射鏡、光譜儀，所說(shuō)的光譜儀為殼體上置有入射狹縫、探測(cè)器，殼體內(nèi)置有凹面反射鏡和位于其光路上的平面光柵，所說(shuō)的入射狹縫位于凹面反射鏡的焦點(diǎn)處，所說(shuō)的探測(cè)器位于凹面反射鏡的焦平面處，所說(shuō)的光源與測(cè)控器電連接。
作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的光源為氙燈；所述的反射鏡為角反射鏡；所述的平面光柵置于電機(jī)軸上，所說(shuō)的電機(jī)與測(cè)控器電連接；所述的凹面反射鏡的焦點(diǎn)處置有平面反射鏡，凹面反射鏡的焦平面處置有平面反射鏡；所述的探測(cè)器為電子耦合器件CCD線陣或二極管線陣或光電倍增管線陣；所述的望遠(yuǎn)鏡與光譜儀間經(jīng)光纖連接。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，由于裝置的構(gòu)造針對(duì)的是利用氣體分子對(duì)光線的共振吸收來(lái)測(cè)量其濃度的，即利用光線在大氣中傳輸時(shí)，會(huì)被大氣中各種氣體分子不同程度地吸收，使得其光譜在強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，不同的氣體分子對(duì)光線的吸收特性不同，通過(guò)檢測(cè)經(jīng)過(guò)吸收以后的光譜，可演算出所測(cè)氣體分子的濃度，所以可實(shí)時(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)期地同時(shí)對(duì)多種污染氣體進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)，同時(shí)，使用時(shí)不需任何輔助氣體，也無(wú)任何有害氣體的產(chǎn)生，且操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行成本低；又由于選用氙燈作為光源，因其譜線為從紫外到近紅外的連續(xù)譜，使得裝置可以選擇最佳的波段工作，使其選用一個(gè)波段而不是兩點(diǎn)差分來(lái)分析被測(cè)氣體的濃度，故大大地提高了測(cè)量的精度，也為一臺(tái)裝置同時(shí)測(cè)量多種氣體奠定了基礎(chǔ)；再由于反射鏡的設(shè)置，使得監(jiān)測(cè)的距離長(zhǎng)、空間范圍廣，獲得的數(shù)據(jù)極具代表性；第四，探測(cè)器為電子耦合器件CCD線陣或二極管線陣或光電倍增管線陣，使每次只需對(duì)其進(jìn)行掃描一次就可獲得一段光譜，既提高了檢測(cè)的速度，也提高了光譜的精度，使?jié)舛葴y(cè)量的下限可以很低；第五，平面光柵置于電機(jī)軸上，使得光柵在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)下可掃過(guò)從近紅外至紫外的全部波段，從而使可監(jiān)測(cè)的氣體范圍非常寬，可對(duì)城市大氣環(huán)境質(zhì)量、道路上方空氣質(zhì)量、工業(yè)污染源連續(xù)排放、煙囪廢氣污染物等進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)。
四

圖1是本實(shí)用新型的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
參見(jiàn)圖1，望遠(yuǎn)鏡4上附有作為光源5的氙燈，望遠(yuǎn)鏡4一端的光路上置有作為反射鏡6的角反射鏡、另一端經(jīng)光纖3與光譜儀2連接。光譜儀2的殼體20的兩側(cè)分別對(duì)稱地置有入射狹縫21和探測(cè)器26，其中的探測(cè)器26為電子耦合器件CCD線陣。殼體20內(nèi)置有兩塊平行設(shè)置的凹面反射鏡(27，28)和兩塊平面反射鏡(22，25)，以及置于電機(jī)24軸上的平面光柵23；其中，入射狹縫21位于凹面反射鏡28的焦點(diǎn)處，在該焦點(diǎn)處同時(shí)置有平面反射鏡22；探測(cè)器26位于凹面反射鏡27的焦平面處，在該焦平面處同時(shí)置有平面反射鏡25；平面光柵23位于兩塊凹面反射鏡(27，28)的平行光的光路上。測(cè)控器1分別與氙燈、光譜儀2中的電機(jī)24、探測(cè)器26電連接。
使用時(shí)，接通測(cè)控器1的電源開關(guān)，氙燈發(fā)出的光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡4準(zhǔn)直后射向遠(yuǎn)處的角反射鏡；光線被角反射鏡反射后返回望遠(yuǎn)鏡4，并被聚焦到光纖3的入射端，此時(shí)的光線里已含有了大氣中污染氣體的吸收信息。接著，光線穿過(guò)光纖3后進(jìn)入光譜儀2，由入射狹縫21射向平面反射鏡22，被平面反射鏡22反射向凹面反射鏡28，再由凹面反射鏡28準(zhǔn)直后射向平面光柵23，光線被平面光柵23分解后再由凹面反射鏡27聚焦射向平面反射鏡25，最后經(jīng)平面反射鏡25射向電子耦合器件CCD線陣的光線為一條按波長(zhǎng)大小排列的光譜線；電子耦合器件CCD線陣將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后送往測(cè)控器1。再由測(cè)控器1輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果的可視信息供人們辯讀。若需了解大氣的全部質(zhì)量情況，可由測(cè)控器1控制電機(jī)24轉(zhuǎn)動(dòng)，以使平面光柵23掃過(guò)全部波段，從而由電子耦合器件CCD線陣處獲得相應(yīng)的電信號(hào)，再由測(cè)控器1演算出監(jiān)測(cè)的全部結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種長(zhǎng)程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測(cè)裝置，包括探測(cè)器和與其電連接的測(cè)控器(1)，其特征在于附有光源(5)的望遠(yuǎn)鏡(4)兩端的光路上分別置有反射鏡(6)、光譜儀(2)，所說(shuō)的光譜儀(2)為殼體(20)上置有入射狹縫(21)、探測(cè)器(26)，殼體(20)內(nèi)置有凹面反射鏡(27，28)和位于其光路上的平面光柵(23)，所說(shuō)的入射狹縫(21)位于凹面反射鏡(28)的焦點(diǎn)處，所說(shuō)的探測(cè)器(26)位于凹面反射鏡(27)的焦平面處，所說(shuō)的光源(5)與測(cè)控器(1)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是光源(5)為氙燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是反射鏡(6)為角反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是平面光柵(23)置于電機(jī)(24)軸上，所說(shuō)的電機(jī)(24)與測(cè)控器(1)電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是凹面反射鏡(28)的焦點(diǎn)處置有平面反射鏡(22)，凹面反射鏡(27)的焦平面處置有平面反射鏡(25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是探測(cè)器(26)為電子耦合器件CCD線陣或二極管線陣或光電倍增管線陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征是望遠(yuǎn)鏡(4)與光譜儀(2)間經(jīng)光纖(3)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種長(zhǎng)程差分吸收光譜氣體污染監(jiān)測(cè)裝置。它包括探測(cè)器和與其電連接的測(cè)控器(1),特別是附有光源(5)的望遠(yuǎn)鏡(4)兩端的光路上分別置有反射鏡(6)、光譜儀(2),所說(shuō)的光譜儀(2)為殼體(20)上置有入射狹縫(21)、探測(cè)器(26),殼體(20)內(nèi)置有凹面反射鏡(27,28)和位于其光路上的平面光柵(23),所說(shuō)的入射狹縫(21)位于凹面反射鏡(28)的焦點(diǎn)處,所說(shuō)的探測(cè)器(26)位于凹面反射鏡(27)的焦平面處,所說(shuō)的光源(5)與測(cè)控器(1)電連接。它可實(shí)時(shí)、連續(xù)、長(zhǎng)期地同時(shí)對(duì)多種污染氣體進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè),可廣泛地用于城市大氣環(huán)境質(zhì)量、道路上方空氣質(zhì)量、煙囪廢氣污染物等的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/25GK2508243SQ0126667
公開日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月16日
發(fā)明者劉文清, 周斌, 齊鋒, 張玉鈞, 劉建國(guó), 魏慶農(nóng), 江慶伍, 王亞萍, 謝品華, 劉世勝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所