專(zhuān)利名稱(chēng)：使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是ー種用于監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境的基于太陽(yáng)散設(shè)光的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀(MAX-D0AS)，作為ー種光學(xué)遙感儀器，通過(guò)測(cè)量天頂方向和幾個(gè)離軸方向的大氣吸收光譜來(lái)獲取大氣中污染氣體的空間分布，由于其具有安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛；主要用于no2、S&等污染氣體柱濃度和廓線以及氣溶膠廓線監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)有的多軸差分吸收光譜儀，主要分為兩種一種是設(shè)置多個(gè)望遠(yuǎn)鏡， 每個(gè)望遠(yuǎn)鏡對(duì)應(yīng)相應(yīng)的俯仰角度，多個(gè)望遠(yuǎn)鏡尾端的光纖合束后將多束太陽(yáng)散射光導(dǎo)入成像光譜儀的入射狹縫。另ー種是采用一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)，掃描各個(gè)俯仰角度，望遠(yuǎn)鏡尾端的光纖將太陽(yáng)散射光導(dǎo)入到光譜儀。前者的優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)離軸角度和天頂方向太陽(yáng)散射光同時(shí)測(cè)量，儀器時(shí)間分辨率高，缺點(diǎn)是每個(gè)角度需要使用ー個(gè)望遠(yuǎn)鏡，系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，特別是離軸角度較多的情況。后者的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)只使用ー個(gè)望遠(yuǎn)鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単， 易于實(shí)現(xiàn)掃描角度的調(diào)整，缺點(diǎn)是各個(gè)角度需要依次測(cè)量，時(shí)間分辨率差，難以監(jiān)測(cè)到污染氣體的快速變化，另外電機(jī)的使用也降低了系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。大氣的太陽(yáng)散射光是部分偏振光或偏振光，由于光譜儀中的光柵、反射鏡等元件對(duì)不同偏振光的響應(yīng)度不同，會(huì)造成光譜儀測(cè)定的光譜不準(zhǔn)確?，F(xiàn)階段的多軸差分吸收光譜儀未解決該問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、時(shí)間分辨率高、多個(gè)觀測(cè)角度可以同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量的多軸差分吸收光譜儀。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是
使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，包括有望遠(yuǎn)鏡、成像光譜儀，其特征在于所述的望遠(yuǎn)鏡包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡一、凹面反射鏡 ニ，所述的望遠(yuǎn)鏡采用長(zhǎng)條形視場(chǎng)，所述凹面反射鏡一、凹面反射鏡ニ之間設(shè)有消偏器，所述的成像光譜儀包括入射狹縫、準(zhǔn)直凹面反射鏡、平面光柵、聚焦凹面反射鏡、探測(cè)器，所述的成像光譜儀和望遠(yuǎn)鏡連接，所述的成像光譜儀的入射狹縫放置在望遠(yuǎn)鏡的焦面處；入射光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡的凹面反射鏡ー反射到消偏器，消除偏振態(tài)后入射到凹面反射鏡ニ上，凹面反射鏡ニ的反射光聚焦到入射狹縫，經(jīng)入射狹縫進(jìn)入成像光譜儀，經(jīng)準(zhǔn)直凹面反射鏡準(zhǔn)直，再由平面光柵分光后，通過(guò)聚焦凹面反射鏡聚焦到CCD探測(cè)器上，所述CCD探測(cè)器外接計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)處理光譜數(shù)據(jù)。所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在于所述的望遠(yuǎn)鏡是離軸兩鏡反射式望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的中心光軸和水平面成45°夾角。所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在于所述入射光為長(zhǎng)條形視場(chǎng)90° X0. 2°范圍內(nèi)的天空散射光。所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在于所述的消偏器由兩塊石英光楔構(gòu)成，所述的石英光楔楔角相同，光軸相互垂直。所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在于所述的成像光譜儀的入射狹縫為針孔狹縫，所述的入射狹縫沿高度方向排列了多個(gè)針孔，所述的針孔是矩形孔，針孔的高度位置和各個(gè)觀測(cè)角度對(duì)應(yīng)，針孔的寬度即長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)成像光譜儀的光譜分辨率，針孔的短軸長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)望遠(yuǎn)鏡的水平視場(chǎng)。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)針孔狹縫控制系統(tǒng)的觀測(cè)角度，利用簡(jiǎn)單的光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)觀測(cè)角度的同時(shí)測(cè)量，提高了觀測(cè)的時(shí)間分辨率，同時(shí)消偏器的使用提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是針孔狹縫設(shè)計(jì)示意圖。圖3是針孔狹縫使用示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，包括有望遠(yuǎn)鏡、成像光譜儀，所述的望遠(yuǎn)鏡是離軸兩鏡反射式望遠(yuǎn)鏡，包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡ー(1)、凹面反射鏡ニ(3)。望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)是長(zhǎng)條形視場(chǎng)，接收太陽(yáng)散射光。凹面反射鏡ー(1)、凹面反射鏡ニ(3)之間設(shè)有消偏器(2)，由兩塊石英光楔組，石英光楔楔角相同， 光軸相互垂直，用于消除太陽(yáng)散射光的偏振態(tài)，提高系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。所述的成像光譜儀包括入射狹縫(4)、準(zhǔn)直凹面反射鏡(5)、平面光柵(6)、聚焦凹面反射鏡(7)、探測(cè)器(8)，所述的成像光譜儀和望遠(yuǎn)鏡連接，入射針孔狹縫(4)放置在望遠(yuǎn)鏡的焦面處。條形視場(chǎng)范圍內(nèi)的太陽(yáng)散射光垂直入射到望遠(yuǎn)鏡的凹面反射鏡ー(1)，凹面反射鏡ー(1)的反射光經(jīng)消偏器(2)消除偏振態(tài)后入射到凹面反射鏡ニ(3)上，凹面反射鏡ニ (3)的反射光聚焦到入射狹縫(4)，經(jīng)入射狹縫(4)進(jìn)入成像光譜儀，經(jīng)準(zhǔn)直凹面反射鏡(5) 準(zhǔn)直，再由平面光柵(6)分光后，通過(guò)聚焦凹面反射鏡(7)聚焦到C⑶探測(cè)器(8)上。CXD探測(cè)器(8)外接計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)處理光譜數(shù)據(jù)。所述的望遠(yuǎn)鏡是離軸兩鏡反射式望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的中心光軸和水平面成45°夾角。所述入射光為長(zhǎng)條形視場(chǎng)90° *0.2°范圍內(nèi)的天空散射光。所述的消偏器(2)由兩塊石英光楔構(gòu)成，所述的石英光楔楔角相同，光軸相互垂直。所述的成像光譜儀的入射狹縫(4)為針孔狹縫，狹縫沿高度方向排列了多個(gè)針孔， 所述的針孔是矩形孔，針孔的高度位置和各個(gè)觀測(cè)角度對(duì)應(yīng)，針孔的寬度即長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)成像光譜儀的光譜分辨率，針孔的短軸長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)望遠(yuǎn)鏡的水平視場(chǎng)。如圖2所示，為針孔狹縫俯視圖。該狹縫沿高度方向依次加工了五個(gè)孔，分別對(duì)應(yīng)的觀測(cè)仰角為 5°、10°、20°、30°、90°。如圖3所示，為針孔狹縫使用示意圖。90° *0.2°條形視場(chǎng)范圍內(nèi)的散射光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡聚焦，光束會(huì)聚在針孔狹縫位置，形成線光束。其中5°、10°、20°、30°、90°的散射光透過(guò)針孔，進(jìn)入光譜儀分光采集存儲(chǔ)。
權(quán)利要求
1.ー種使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，包括有望遠(yuǎn)鏡、成像光譜儀， 其特征在于所述的望遠(yuǎn)鏡包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡一、凹面反射鏡ニ，所述的望遠(yuǎn)鏡采用長(zhǎng)條形視場(chǎng)，所述凹面反射鏡一、凹面反射鏡ニ之間設(shè)有消偏器，所述的成像光譜儀包括入射狹縫、準(zhǔn)直凹面反射鏡、平面光柵、聚焦凹面反射鏡、探測(cè)器，所述的成像光譜儀和望遠(yuǎn)鏡連接，所述的成像光譜儀的入射狹縫放置在望遠(yuǎn)鏡的焦面處；入射光經(jīng)望遠(yuǎn)鏡的凹面反射鏡ー反射到消偏器，消除偏振態(tài)后入射到凹面反射鏡ニ上， 凹面反射鏡ニ的反射光聚焦到入射狹縫，經(jīng)入射狹縫進(jìn)入成像光譜儀，經(jīng)準(zhǔn)直凹面反射鏡準(zhǔn)直，再由平面光柵分光后，通過(guò)聚焦凹面反射鏡聚焦到CCD探測(cè)器上，所述CCD探測(cè)器外接計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在于所述的望遠(yuǎn)鏡是離軸兩鏡反射式望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的中心光軸和水平面成45°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在干所述入射光為長(zhǎng)條形視場(chǎng)90° X0. 2°范圍內(nèi)的天空散射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在于所述的消偏器由兩塊石英光楔構(gòu)成，所述的石英光楔楔角相同，光軸相互垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，其特征在于所述的成像光譜儀的入射狹縫為針孔狹縫，所述的入射狹縫沿高度方向排列了多個(gè)針孔，所述的針孔是矩形孔，針孔的高度位置和各個(gè)觀測(cè)角度對(duì)應(yīng)，針孔的寬度即長(zhǎng)軸長(zhǎng)度， 對(duì)應(yīng)成像光譜儀的光譜分辨率，針孔的短軸長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)望遠(yuǎn)鏡的水平視場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種使用針孔狹縫的被動(dòng)多軸差分吸收光譜儀系統(tǒng)，包括有望遠(yuǎn)鏡、成像光譜儀，望遠(yuǎn)鏡包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡一、凹面反射鏡二，凹面反射鏡一、凹面反射鏡二之間設(shè)有消偏器，成像光譜儀包括入射針孔狹縫，所述的成像光譜儀和望遠(yuǎn)鏡連接，入射針孔狹縫放置在望遠(yuǎn)鏡的焦面處；光垂直入射到凹面反射鏡一，反射光經(jīng)消偏器消除偏振態(tài)后入射到凹面反射鏡二上，反射光聚焦到入射針孔狹縫，經(jīng)針孔狹縫進(jìn)入成像光譜儀，經(jīng)準(zhǔn)直凹面反射鏡準(zhǔn)直，再由平面光柵分光后，通過(guò)聚焦凹面反射鏡聚焦到CCD探測(cè)器上，所述CCD探測(cè)器外接計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)針孔狹縫控制系統(tǒng)的觀測(cè)角度，利用簡(jiǎn)單的光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)觀測(cè)角度的同時(shí)測(cè)量，提高了觀測(cè)的時(shí)間分辨率，同時(shí)消偏器的使用提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N21/53GK102565003SQ20111043418
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者劉文清, 司福祺, 周海金, 江宇, 謝品華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所