[發(fā)明專利]一種主動(dòng)式大氣光譜快速獲取系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010153460.X
• 申請(qǐng)日: 2010-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101819151A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭玉祥;陳良堯;張榮君;李晶;王松有;楊月梅;劉明輝;蔡清元;張冬旭;毛鵬輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/67
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/67;G02B27/44
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主動(dòng)式大氣光譜快速獲取系統(tǒng)。

背景技術(shù)

人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展對(duì)環(huán)境產(chǎn)生日益惡劣的影響，環(huán)境污染已威脅到人類(lèi)生存和生態(tài)平 衡，酸雨、臭氧層破壞、溫室效應(yīng)成為全球性三大環(huán)境問(wèn)題。各種污染氣體如氮、硫的氧 化物(NO_x、SO_x)等氣體導(dǎo)致酸雨；氯氟烴類(lèi)氣體造成臭氧層破壞；CO₂則是產(chǎn)生溫室效應(yīng) 的重要因素；工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種重金屬?gòu)U料導(dǎo)致氣體和水體污染。對(duì)環(huán)境污染氣 體進(jìn)行快速、便捷、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和有效的控制是非常重要的，本發(fā)明旨在為我們控制環(huán)境 污染、改善生存環(huán)境提供有力的檢測(cè)工具。

在很多環(huán)境監(jiān)控場(chǎng)合，需要及時(shí)獲取大氣環(huán)境的信息，因此要對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 控。普通光譜儀無(wú)法在短的時(shí)間內(nèi)獲得實(shí)時(shí)大氣光譜。主要原因是，在傳統(tǒng)的光譜儀中， 通常采用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連續(xù)地旋轉(zhuǎn)光柵或棱鏡色散器件對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行精細(xì)掃描并實(shí)現(xiàn)高分 辨的光譜測(cè)量。由于存在機(jī)械移動(dòng)裝置，光譜獲取速度有限，因此無(wú)法用在快速過(guò)程的光 譜測(cè)量上。本發(fā)明通過(guò)采用一個(gè)由多個(gè)子光柵組成的特殊光柵裝置，研制一種高分辨率的 CCD光譜儀，無(wú)任何機(jī)械位移部件就可將色散光譜圖像折疊數(shù)次，在小于100毫秒的時(shí)間 內(nèi)獲得可見(jiàn)光及紅外波段范圍的光譜。本發(fā)明基于多光柵CCD光譜儀的工作基礎(chǔ)，并將這 種快速光譜獲取技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，用于監(jiān)控大氣光譜的變化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種主動(dòng)式大氣光譜快速獲取系統(tǒng)。

本發(fā)明提出的這種主動(dòng)式大氣光譜快速獲取系統(tǒng)，包括依次連接的如下部件：直流 脈沖高壓源、大氣樣品電離室、聚焦系統(tǒng)、光譜儀、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本發(fā)明中，大氣樣品電離室采用金屬針尖端放電方式電離大氣分子，使之躍遷至激發(fā) 態(tài)，當(dāng)受激發(fā)的分子、原子或離子再躍遷回低能態(tài)，從而產(chǎn)生各自特征的發(fā)光光譜。

電離室發(fā)出的光近似為線光源，其線長(zhǎng)可通過(guò)調(diào)節(jié)金屬針尖間距而從1到5mm變化， 所發(fā)光線被聚焦系統(tǒng)會(huì)聚到光譜儀上的可調(diào)狹縫上。該可調(diào)狹縫的寬度為0-2mm可調(diào)。

光譜儀由平面反射鏡M1、柱形凹面鏡M2、光柵陳列G、組合式柱面反射鏡M3和探測(cè) 器D經(jīng)光路連接組成。光透過(guò)狹縫后，經(jīng)反射鏡M1反射到柱形凹面鏡M2上，狹縫到柱形 凹面鏡的距離等于柱形凹面鏡M2的焦距f₁，因而從柱形凹面鏡M2出射的光為準(zhǔn)平行光。 這束準(zhǔn)平行光以一定角度入射到光柵陣列G上。在本發(fā)明中，光柵陣列G由n塊條形子光 柵組成，各條形子光柵垂直排列，每個(gè)子光柵覆蓋不同的波段。設(shè)每塊條形子光柵的槽 間距為d，(也可采用不同d的槽間距)，對(duì)于一級(jí)衍射光，不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的衍射角分布為：

Δλ₁＝λ₂-λ₁＝d(sinθ₂-sinθ₁)

Δλ₂＝λ₃-λ₂＝d(sinθ₃-sinθ₂)

……

Δλ_n＝λ_n+1-λ_n＝d(sinθ_n+1-sinθ_n)

因此，將n塊子光柵按n個(gè)波長(zhǎng)區(qū)Δλ₁，Δλ₂……Δλ_n沿垂直于入射面的y方向排列，調(diào)整 每塊光柵的法線方向，使得與每個(gè)波長(zhǎng)區(qū)對(duì)應(yīng)，每塊光柵在入射面內(nèi)(x方向)具有相同的 衍射張角范圍，即：

Δθ₁(Δλ₁)＝Δθ₂(Δλ₂)＝……＝Δθ_n(Δλ_n)

式中：

Δθ＝θ₂-θ₁＝θ₃-θ₂＝……＝θ_n+1-θ_n

入射光經(jīng)n塊子光柵衍射，在與入射面垂直方向，可形成n個(gè)子波長(zhǎng)首尾相連的波長(zhǎng) 區(qū)，構(gòu)成覆蓋λ₁至λ_n+1波長(zhǎng)的全波長(zhǎng)區(qū)。n一般為1～10的整數(shù)。