專利名稱：光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)的制作方法
光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差分吸收光譜空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是測量空氣中痕量氣體的 監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大氣污染破壞生態(tài)系統(tǒng)并對人體健康造成極大危害，因此，首先要對各種大氣污 染物進行監(jiān)測。我國許多城市的監(jiān)測儀器采用點式采樣，只能了解監(jiān)測點采樣空間的大氣 污染情況以及采樣時段內(nèi)的平均狀況，時空代表性較差。利用差分吸收光譜學(DOAS)的遙 測技術(shù)以其大范圍、多組份檢測、連續(xù)實時在線的測量方式正成為環(huán)境污染監(jiān)測的理想工 具。采用DOAS技術(shù)可以在同一光譜吸收波段同時監(jiān)測幾種污染物，可實現(xiàn)完全非接觸在線 自動監(jiān)測；儀器的靈敏度高，監(jiān)測濃度低；監(jiān)測范圍可達數(shù)百米甚至數(shù)千米，可反映一個區(qū) 域的平均污染程度，監(jiān)測結(jié)果比單點監(jiān)測更具有代表性。DOAS技術(shù)是當前空氣質(zhì)量污染指 標常規(guī)在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方向。目前廣泛采用的DOAS系統(tǒng)一般基于Cassegrain望遠鏡結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，由 氙燈發(fā)出的光譜經(jīng)反射鏡準直成平行光出射，經(jīng)過幾百米甚至數(shù)千米的光程，由位于另一 端的角錐棱鏡反射后由接收端將光匯聚耦合進入光纖，由光譜儀探測得到吸收光譜，如圖1 所示。在圖ι中，經(jīng)點光源(氙燈)1發(fā)出的連續(xù)光譜經(jīng)與光軸成45°角的平面反射鏡2反 射后照射在球面反射鏡3上，再經(jīng)球面反射鏡3反射后照射在遠方的角錐棱鏡4上。角錐 棱鏡4將照射在它上面的光線沿原路反射后依次經(jīng)球面鏡3和平面反射鏡5最后匯聚在接 收點位置，由光纖接收后送入光譜儀進行分析。這種基于Cassegrain望遠鏡結(jié)構(gòu)的DOAS系統(tǒng)，由于光線多次經(jīng)反射鏡遮擋，造成 光譜利用效率低，且儀器調(diào)整和光路對中困難。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有DOAS系統(tǒng)光譜利用效率低，且儀器調(diào)整和光路對中困 難的問題，提供一種光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)。本發(fā)明提供的光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)，包括點光源、望遠鏡 和光譜儀，該系統(tǒng)還包括由發(fā)射光纖和接收光纖構(gòu)成的具有收發(fā)光纖公共端的收發(fā)一體式 結(jié)構(gòu)光纖束，所述的點光源發(fā)出的光譜首先耦合到收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束中的發(fā)射光纖的 一端后，經(jīng)發(fā)射光纖的另一端即收發(fā)光纖公共端射出，經(jīng)望遠鏡內(nèi)的球面反射鏡準直，通過 一段開放的大氣，到達望遠鏡光程另一端的角錐棱鏡，然后被沿原方向反射，攜帶大氣中污 染氣體信息的反射光沿原方向返回，再次經(jīng)望遠鏡內(nèi)的球面反射鏡聚焦進入收發(fā)光纖公共 端，最后經(jīng)接收光纖另一端出射后導(dǎo)入光譜儀進行光譜檢測。所述的收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束中的收發(fā)光纖公共端位于望遠鏡的光軸上，設(shè)球面 反射鏡的半徑為R，則收發(fā)光纖公共端距離球面反射鏡的距離為1/2R。收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束中的收發(fā)光纖公共端可以安裝在三維移動平臺上并可進
3行三維調(diào)整。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明提供的收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng) 中，光譜收發(fā)采用具有公共端口的一體式光纖束，望遠鏡中只有一塊反射球面鏡，與現(xiàn)有典 型基于Cassegrain望遠鏡結(jié)構(gòu)的DOAS系統(tǒng)相比，減少了兩塊平面反射鏡，避免了光束在傳 輸過程中平面鏡的遮擋，提高了光譜利用效率。同時，該系統(tǒng)在調(diào)整和對中過程中，只需對 收發(fā)一體式的光纖束公共端進行三維調(diào)整，從而簡化了儀器調(diào)整和對中過程，調(diào)整過程可 采用三維電動微調(diào)整結(jié)構(gòu)，可以提高自動化程度。

圖1是現(xiàn)有典型的基于Cassegrain望遠鏡結(jié)構(gòu)的DOAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意；圖2是本發(fā)明提供的光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)示意圖；圖3收發(fā)一體式光纖束結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式圖2所示為本發(fā)明提供的光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括可發(fā)出寬光譜結(jié)構(gòu)的點光源(氙燈)6、望遠鏡和光譜儀(圖中未畫出)。其中望遠鏡包 括球面反射鏡9，及望遠鏡光程另一端的角錐棱鏡10。此外該系統(tǒng)還包括收發(fā)一體式光纖 束結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，該光纖束結(jié)構(gòu)由發(fā)射光纖12和接收光纖13構(gòu)成，其中一端固定在 一起成為收發(fā)光纖公共端8，該公共端位于望遠鏡光軸上，假設(shè)球面反射鏡9的半徑為R，則 收發(fā)光纖公共端距離球面反射鏡的距離為1/2R，且該收發(fā)光纖公共端可以安裝在現(xiàn)有的三 維電動移動平臺上并可進行三維調(diào)整。檢測時，由氙燈6發(fā)出的光譜經(jīng)耦合后首先進入發(fā)射光纖12的入射端口 7，由發(fā)射 光纖的另一端，即收發(fā)光纖公共端8射出，經(jīng)望遠鏡內(nèi)的球面反射鏡9準直，通過一段開放 的大氣，到達望遠鏡光程另一端的角錐棱鏡10，然后被沿原方向反射，攜帶大氣中污染氣體 信息的反射光沿原方向返回，再次經(jīng)望遠鏡內(nèi)的球面反射鏡9聚焦進入收發(fā)光纖公共端8， 最后經(jīng)接收光纖13的另一端口 11出射后導(dǎo)入光譜儀進行光譜檢測。光譜儀根據(jù)氣體的特 征吸收光譜可反演得到空氣中痕量氣體的濃度。
權(quán)利要求
一種光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括點光源、望遠鏡和光譜儀，其特征在于該系統(tǒng)還包括由發(fā)射光纖和接收光纖構(gòu)成的具有收發(fā)光纖公共端的收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束，所述的點光源發(fā)出的光譜首先耦合到收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束中的發(fā)射光纖的一端后，經(jīng)發(fā)射光纖的另一端即收發(fā)光纖公共端射出，經(jīng)望遠鏡內(nèi)的球面反射鏡準直，通過一段開放的大氣，到達望遠鏡光程另一端的角錐棱鏡，然后被沿原方向反射，攜帶大氣中污染氣體信息的反射光沿原方向返回，再次經(jīng)望遠鏡內(nèi)的球面反射鏡聚焦進入收發(fā)光纖公共端，最后經(jīng)接收光纖另一端出射后導(dǎo)入光譜儀進行光譜檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)，其特征在于收 發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束中的收發(fā)光纖公共端位于望遠鏡的光軸上，設(shè)球面反射鏡的半徑為R， 則收發(fā)光纖公共端距離球面反射鏡的距離為1/2R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)，其特征在 于收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束中的收發(fā)光纖公共端安裝在三維移動平臺上并可進行三維調(diào)整。
全文摘要
一種光纖收發(fā)一體式空氣差分吸收光譜測量系統(tǒng)。解決現(xiàn)有典型DOAS系統(tǒng)光譜利用效率低，且儀器調(diào)整和光路對中困難的問題。本發(fā)明測量系統(tǒng)包括點光源、望遠鏡和光譜儀，還包括由發(fā)射光纖和接收光纖構(gòu)成的具有收發(fā)光纖公共端的收發(fā)一體式結(jié)構(gòu)光纖束。點光源發(fā)出的光譜由發(fā)射光纖的一端經(jīng)收發(fā)光纖公共端射出，經(jīng)望遠鏡內(nèi)的球面反射鏡準直，到達角錐棱鏡后被沿原方向反射，再次經(jīng)球面反射鏡聚焦進入收發(fā)光纖公共端，最后經(jīng)接收光纖另一端出射后導(dǎo)入光譜儀進行光譜檢測。該系統(tǒng)與典型DOAS系統(tǒng)相比，減少了兩塊平面反射鏡，避免了光束在傳輸過程中平面鏡的遮擋，提高了光譜利用效率，同時簡化了儀器調(diào)整和對中過程。
文檔編號G01N21/31GK101936885SQ20101023827
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者徐可欣, 陳文亮, 魏永杰 申請人:天津同陽科技發(fā)展有限公司;天津市先石光學技術(shù)有限公司