[發(fā)明專利]利用鍍膜玻璃管測量大氣氣溶膠消光系數(shù)的新方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210516056.3
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103048284A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 李學彬;宮純文;朱文越;徐惠玲;高亦橋;徐青山;魏合理
• 申請（專利權(quán)）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;G01N21/49
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及氣溶膠消光系數(shù)測量領域，具體涉及一種直接測量大氣氣溶膠消光系數(shù)的新方法，它可以實時測量多個波長的大氣氣溶膠消光系數(shù)。

背景技術(shù)

大氣氣溶膠是大氣的重要組成部分，是大氣物理化學過程中的一個重要因素，大氣氣溶膠對氣候變化有重要的直接和間接的影響，通過氣溶膠粒子吸收和散射太陽輻射，直接改變地-氣系統(tǒng)的能量收支。建立在大氣光散射基礎上，測量氣溶膠光學特性特別是不同波長上的消光系數(shù)以及建立波長轉(zhuǎn)換關系，能夠加深對氣溶膠光學特性的了解，拓展激光在大氣中的輻射傳輸研究，更為準確的評估大氣氣溶膠的輻射強迫與氣候影響，具有重要的學術(shù)意義和潛在的應用價值。

測量氣溶膠消光系數(shù)的方法大體上可以分為如下幾種，1，前向探測法：一端主動發(fā)射激光光源，在一定距離上（50m~2000m）的另一端接受透射光，透射光和入射光的比值就是透過率進而轉(zhuǎn)化為消光系數(shù)，2后向探測法：激光雷達等屬于主動探測法，測量氣溶膠的后向散射信號反演得到消光系數(shù)，3側(cè)向探測法：能見度儀就是測量探測法，測量氣溶膠的側(cè)向（33°）散射信號反演得到消光系數(shù)，4反射法：通過某一物體對自然光的反射以及周邊物體的對比度也可以反演消光系數(shù)。以上這些方法都有一定的局限性，例如：前向探測方法需要一定的測量距離（光程），而后向和側(cè)向以及反射法都是反演法，不是直接測量，另外上述的方法一般都是測量某一波長的消光系數(shù)。很多波長上的消光系數(shù)也只能靠模式推導得到^[7]，因此研究氣溶膠在不同波長上的消光系數(shù)是很有意義的。

利用鍍膜玻璃管測量大氣氣溶膠消光系數(shù)的新方法,克服了上述方法的缺點，其采用直接前向測量的方法，在一米長的玻璃管內(nèi)可以實現(xiàn)幾十米的光傳輸，達到長程傳輸?shù)哪康模鎸嵎从沉斯庠诖髿庵袀鬏斠约芭c氣溶膠的相互作用。使用半導體激光器作為入射光光源，波長可選532nm、635?nm、650?nm、660?nm、808?nm和980?nm，只要市場上有的波長都可以選用，也可以是連續(xù)激光光源，這些優(yōu)勢將極大的拓展氣溶膠的消光研究及其應用領域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有大氣氣溶膠消光系數(shù)測量技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)巧妙、精度高和實時測量的新方法。該方法可以有效測量多種波長上的大氣氣溶膠消光系數(shù)；該方法具有原理簡單、操作方便、檢測靈敏度高等特點。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

利用鍍膜玻璃管測量大氣氣溶膠消光系數(shù)的新方法，其特征在于：包括玻璃管，所述的玻璃管內(nèi)外壁鍍有高反射膜，設有氣溶膠入口、出口和光束入口、出口，所述氣溶膠入口、出口分別位于玻璃管的兩端且均垂直于玻璃管，氣溶膠入口設有氣閥，氣溶膠出口設有抽氣泵，所述光束入口、出口分別位于玻璃管的兩端且均與玻璃管成一定角度的夾角，光束入口設有多個波長的激光二極管作為光源，激光二極管與光束入口之間的光路上設有平行光管、分光鏡，激光二極管發(fā)射出的光束經(jīng)過平行光管使光束準直，再通過分光鏡產(chǎn)生兩束光束質(zhì)量完全相同的準直光束，分別作為參考光和入射光，所述的參考光全部能量進入光電探測器一，轉(zhuǎn)化為對應的電信號，光束出口設有光電探測器二，所述的入射光在玻璃管內(nèi)進行反射后進入光電探測器二，光電探測器一、光電探測器二的電信號輸出端接入AD轉(zhuǎn)換器的單片機，單片機還控制連接激光二極管、氣閥、抽氣泵，單片機通過連接的USB接口連接計算機；具體測量過程包括以下步驟：

（1）在玻璃管的氣溶膠入口裝上過濾器，讓波長為λ的入射光以某一角度進入玻璃管，通過沒有氣溶膠的干凈大氣傳輸，并記錄光電探測器二檢測的入射光在玻璃管中無氣溶膠粒子時的電信號為i₂(λ)，同時波長為λ的參考光直接進入光電探測器一，記錄光電探測器一檢測的波長λ對應的電信號為i₁(λ)；

（2）拿掉玻璃管的氣溶膠入口的過濾器，讓氣溶膠均勻進入玻璃管內(nèi)，開啟玻璃管的氣溶膠出口的抽氣泵，用抽氣泵進行抽氣使氣溶膠粒子在玻璃管內(nèi)均勻流動，讓波長為λ的入射光以某一角度進入玻璃管，穿過待測大氣氣溶膠，氣溶膠粒子的散射光光強微弱，經(jīng)玻璃管內(nèi)壁反射被消耗掉，氣溶膠粒子的吸收轉(zhuǎn)化為分子熱運動，入射光被氣溶膠粒子散射和吸收后到達光電探測器二轉(zhuǎn)化為相應的電信號，記錄此時光電探測器二檢測的電信號為i₃(λ)；

（3）步驟（1）、（2）中，光電探測器一、光電探測器二中檢測到的電信號分別轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并經(jīng)過單片機處理后接入計算機，計算機內(nèi)部軟件建立了不同波長的氣溶膠消光系數(shù)測量公式：