[發明專利]激光自混合大氣顆粒物多物理參數測量方法和裝置

有效

• 申請號: 201110386025.6
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102564909A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 桂華僑;王秀利;陸亦懷;劉建國;王杰;伍德俠;張靜
• 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: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/06;G01N15/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種激光自混合大氣顆粒物多物理參數測量裝置，包括微片激光器和依次安裝在其發射端軸線上的準直透鏡、第一會聚透鏡，其特征在于：所述準直透鏡與第一會聚透鏡之間安裝有能將微片激光器發射光分光在發射光軸垂直方向的分光鏡，所述分光鏡分光后激光光路上安裝有第二會聚透鏡，所述第二會聚透鏡焦點處安裝有光電探測器，所述光電探測器后依次電連接有信號放大器、數據采集卡、頻譜分析儀和計算機，所述光電探測器的輸出端與信號放大器的輸入端電連接，信號放大器的輸出端分別電連接在數據采集卡和頻譜分析儀的輸入端，所述數據采集卡和頻譜分析儀的輸出端電連接在計算機上。

2.根據權利要求1所述的激光自混合大氣顆粒物多物理參數測量裝置，其特征在于：所述微片激光器采用激光二極管泵浦微片激光器，單橫模和單縱模激光輸出。

3.根據權利要求1所述的激光自混合大氣顆粒物多物理參數測量裝置，其特征在于：所述微片激光器、準直透鏡、第一會聚透鏡、第二會聚透鏡以及顆粒物共同構成共焦系統。

4.一種激光自混合大氣顆粒物多物理參數測量方法，其特征在于包括以下步驟：

1）微片激光器輸出單橫模單縱模激光，經過準直透鏡準直后投射到分光鏡上3；

2）經過分光鏡的透射光通過第一會聚透鏡會聚到待測大氣顆粒物上，部分后向散射光沿著入射路徑反饋回微片激光器的諧振腔；

3）經過分光鏡的反射光通過第二會聚透鏡會聚到光電探測器上，實時監測由顆粒物光反饋產生的激光自混合效應，光電探測器將光功率的調制轉變為光功率電信號，光功率電信號再經過信號放大器放大；

4）經信號放大器的電信號分別接入數據采集卡和頻譜分析儀，數據送入計算機；

5）由數據采集卡得到放大后的功率電信號，計算出信號起伏的標準差；首先測量已知顆粒物濃度下光電探測器上信號起伏的標準差，得到顆粒物濃度和信號起伏標準差的標準變化關系圖譜，然后測量待測顆粒物通過激光聚焦點的激光功率信號，將所得的信號的標準差與得出的標準變化關系圖譜比對，得出顆粒物濃度信息；

6）頻譜分析儀檢測的信號電功率頻譜的峰值功率即與顆粒物運動速度對應，信號頻譜消失進入噪聲頻譜時的頻率即為顆粒物運動引起的多普勒頻移,顆粒物運動速度由公式計算得到；

7）由頻譜分析儀得到多個標準粒徑下的功率譜曲線，得到顆粒物粒徑和功率譜半寬的標準變化關系圖譜，然后測量待測顆粒物通過激光聚焦點的激光功率信號，將所得的信號的功率譜與得出的標準變化關系圖譜比對，得出顆粒物粒徑信息。