[發明專利]使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統

無效

• 申請號: 201110434181.5
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102565003A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 周海金;劉文清;司福祺;江宇;謝品華
• 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: G01N21/53
• 分類號: G01N21/53
• 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

技術領域

本發明屬于環境監測技術領域，具體是一種用于監測大氣環境的基于太陽散設光的被動多軸差分吸收光譜儀系統。

背景技術

被動多軸差分吸收光譜儀（MAX-DOAS），作為一種光學遙感儀器，通過測量天頂方向和幾個離軸方向的大氣吸收光譜來獲取大氣中污染氣體的空間分布，由于其具有安裝簡單、維護方便、精度高等優點，所以應用廣泛；主要用于NO₂、SO₂等污染氣體柱濃度和廓線以及氣溶膠廓線監測。現有的多軸差分吸收光譜儀，主要分為兩種：一種是設置多個望遠鏡，每個望遠鏡對應相應的俯仰角度，多個望遠鏡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。另一種是采用一個望遠鏡，通過電機帶動望遠鏡旋轉，掃描各個俯仰角度，望遠鏡尾端的光纖將太陽散射光導入到光譜儀。前者的優點是各個離軸角度和天頂方向太陽散射光同時測量，儀器時間分辨率高，缺點是每個角度需要使用一個望遠鏡，系統機構復雜，特別是離軸角度較多的情況。后者的優點是系統只使用一個望遠鏡，結構簡單，易于實現掃描角度的調整，缺點是各個角度需要依次測量，時間分辨率差，難以監測到污染氣體的快速變化，另外電機的使用也降低了系統長期運行的可靠性。

大氣的太陽散射光是部分偏振光或偏振光，由于光譜儀中的光柵、反射鏡等元件對不同偏振光的響應度不同，會造成光譜儀測定的光譜不準確。現階段的多軸差分吸收光譜儀未解決該問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種系統結構簡單、時間分辨率高、多個觀測角度可以同時準確測量的多軸差分吸收光譜儀。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，包括有望遠鏡、成像光譜儀，其特征在于：所述的望遠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，所述的望遠鏡采用長條形視場，所述凹面反射鏡一、凹面反射鏡二之間設有消偏器，所述的成像光譜儀包括入射狹縫、準直凹面反射鏡、平面光柵、聚焦凹面反射鏡、探測器，所述的成像光譜儀和望遠鏡連接，所述的成像光譜儀的入射狹縫放置在望遠鏡的焦面處；入射光經望遠鏡的凹面反射鏡一反射到消偏器，消除偏振態后入射到凹面反射鏡二上，凹面反射鏡二的反射光聚焦到入射狹縫，經入射狹縫進入成像光譜儀，經準直凹面反射鏡準直，再由平面光柵分光后，通過聚焦凹面反射鏡聚焦到CCD探測器上，所述CCD探測器外接計算機，存儲處理光譜數據。

所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特征在于：所述的望遠鏡是離軸兩鏡反射式望遠鏡，望遠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多軸差分吸收光譜儀系統，其特征在于：所述入射光為長條形視場90°×0.2°范圍內的天空散射光。

所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特征在于：所述的消偏器由兩塊石英光楔構成，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多軸差分吸收光譜儀系統，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針孔，所述的針孔是矩形孔，針孔的高度位置和各個觀測角度對應，針孔的寬度即長軸長度，對應成像光譜儀的光譜分辨率，針孔的短軸長度對應望遠鏡的水平視場。

與已有技術相比，本發明的有益效果在于：?

本發明的系統結構簡單，通過針孔狹縫控制系統的觀測角度，利用簡單的光學結構實現了多個觀測角度的同時測量，提高了觀測的時間分辨率，同時消偏器的使用提高了測量的準確性。

附圖說明：

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是針孔狹縫設計示意圖。

圖3是針孔狹縫使用示意圖。

具體實施方式：

如圖1所示，使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，包括有望遠鏡、成像光譜儀，所述的望遠鏡是離軸兩鏡反射式望遠鏡，包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡一（1）、凹面反射鏡二（3）。望遠鏡視場是長條形視場，接收太陽散射光。凹面反射鏡一（1）、凹面反射鏡二（3）之間設有消偏器（2），由兩塊石英光楔組，石英光楔楔角相同，光軸相互垂直，用于消除太陽散射光的偏振態，提高系統測量的準確性。所述的成像光譜儀包括入射狹縫（4）、準直凹面反射鏡（5）、平面光柵（6）、聚焦凹面反射鏡（7）、探測器（8），所述的成像光譜儀和望遠鏡連接，入射針孔狹縫（4）放置在望遠鏡的焦面處。