[發明專利]大氣成分垂直分布探測的多軸差分吸收光譜方法與裝置

有效

• 申請號: 200710024299.4
• 申請日: 2007-07-28
• 公開（公告）號: CN101109699A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 謝品華;李昂;劉文清;竇科;司福祺;陸志賢;張玉鈞;劉建國
• 申請（專利權）人: 中國科學院安徽光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明屬于一種光學遙控方法與裝置，具體的說是一種用于大氣成分垂直分布探測的多軸差分吸收光譜測量方法與裝置。

背景技術

大氣污染成分(如NO2、SO2、HCHO等)的垂直分布對于掌握污染氣體的空間分布、輸送、演變過程是十分重要的。目前對于污染氣體的垂直分布的測量方法主要有：1)采用建立觀測塔的方式，在建立的觀測塔的不同高度上分別放置點式氣體監測儀(如NO2監測儀)來實現對不同高度的氣體成分濃度的觀測，從而獲得氣體的垂直分布。但主要問題是可觀測的高度取決于觀測塔的高度(一般最好只有300多米)，并且需要多個不同成分的氣體監測儀，儀器尚需定期進行標定。2)采用差分吸收激光雷達探測，差分吸收激光雷達一般可以實現高度至3-5km的氣體垂直分布的探測，主要缺點是目前激光器的有限波長限制了能夠探測的氣體的種類，并且價格昂貴，而且不易實現自動化測量，操作復雜。3)探空氣球(或飛艇)，利用氣球的上升過程進行探測，只是一次性觀測，不能進行長時間觀測。

發明內容

本發明的目的是實現對近地面邊界層、對流層的大氣痕量成分(如：NO2、SO2和HCHO等)的垂直分布進行地基遙感探測，系統結構簡單，可觀測多種氣體成分，并能進行長期觀測，測量高度可至平流層(10km)。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現。

大氣成分垂直分布探測的多軸差分吸收光譜方法，其特征在于采用多個望遠鏡，從地面不同俯仰角度觀測太空，探測和收集經過大氣散射的太陽光，望遠鏡鏡筒進行表面處理染黑減少雜散光，散射的太陽光經過望遠鏡中的透鏡、濾光片后會聚到光纖的端頭，濾光片濾除太陽光的長波波段，讓紫外光和可見光通過，多個望遠鏡筒尾端的光纖合束后將多束太陽散射光導入成像光譜儀的入射狹縫，光譜儀對太陽散射光進行色散后聚集在面陣成像CCD探測器的光敏面上，同時成像多條光譜，光譜信號經A/D轉換后輸入計算機進行光譜數據分析和處理；同時設置溫濕度傳感器和雨滴傳感器，把溫濕度及是否下雨的信息傳給計算機；同時多個望遠鏡的俯仰角度調整由計算機控制步進電機通過機械傳動機構實現。

大氣成分垂直分布探測的多軸差分吸收光譜的裝置，包括成像光譜儀、面陣成像CCD探測器，計算機，其特征在于有多個俯仰角度可調整的望遠鏡，每個望遠鏡的鏡筒內安裝有凸透鏡、濾光片，鏡筒經過表面處理染黑減少雜散光、鏡筒尾部安裝有光纖，光纖的端頭處于凸透鏡的焦點位置，濾光片濾除太陽光的長波波段，讓紫外光和可見光通過，各個望遠鏡尾部的光纖經過合束后，接入成像光譜儀的入射狹縫，成像光譜儀對入射的太陽散射光進行色散后聚集在后續光路上的面陣成像CCD探測器的光敏面上，面陣成像CCD探測器的輸出信號經過A/D轉換后輸入到計算機；同時另外設置溫濕度傳感器和雨滴傳感器的信號線與計算機連接。

本發明的主要特點在于：

1、采用多軸被動差分吸收光譜方法，以散射太陽光(自然光源)作光源來獲得近地面邊界層、對流層的大氣痕量成分的垂直分布，是一種地基光學遙測量方法與系統。

2、采用多個望遠鏡、多束光纖耦合與面陣CCD探測器組合的成像光譜探測方式，同時獲取來自多個方向的光譜信息，實現對多個方向的同時探測。

3、獨特設計的望遠鏡角度調整機械機構，實現多個望遠鏡的觀測方向掃描調整。在一次測量循環過程中，各個望遠鏡同時測量來自不同方向的光譜，然后通過該機械機構，采用一個步進電機通過不同的傳動比，同時轉動各個望遠鏡至天頂方向，測量天頂的光譜(用于去除平流層的氣體吸收)。

實現NO2、SO2、HCHO等多種大氣痕量污染成分垂直分布探測。

5、安裝有溫濕度傳感器和雨滴傳感器，雨天自動停止測量。

發明效果：

采用多軸被動差分吸收光譜方法與裝置，實現對地面層、對流層大氣污染成分的垂直分布測量，可應用于城市污染氣體分布監測，掌握污染氣體的分布、輸送等信息，為環境保護部門掌握污染水平和制定措施提供技術支持；可應用于大氣化學研究，為大氣化學模型提供輸入數據以及模型驗證；可應用于校驗了衛星大氣成分的探測結果。

附圖說明

附圖是本發明裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步描述。