[發明專利]同時檢測氣溶膠消光和散射系數的激光光腔衰蕩光譜儀

有效

• 申請號: 201310739682.3
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103712914A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 洪義;黃曉;郭艷林;李梅;黃正旭;高偉;程平;周振
• 申請（專利權）人: 廣州禾信分析儀器有限公司;昆山禾信質譜技術有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/17
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

技術領域

本發明涉及大氣氣溶膠光學性質在線檢測領域，特別是涉及一種同時檢測氣溶膠消光和散射系數的激光光腔衰蕩光譜儀。

背景技術

大氣氣溶膠是全球和區域氣候變化重要的驅動因子，但同時氣溶膠也是目前氣候研究中最大的不確定性來源之一，其原因除了全球尺度上大氣氣溶膠來源的多樣性、時空分布差異較大外，測量技術的限制對氣溶膠吸收特性測量上的極大不確定性也是一個重要原因。研究能夠同時測量消光系數和散射系數或同時測量散射系數和吸收系數的新技術，對大氣科學研究以及氣象領域具有重要的實用價值和意義。

光腔衰蕩光譜技術基于高反鏡的多次反射特性，在較短的距離內實現了長等效光程（可達數千米甚至數十千米），具有超高靈敏度和低檢測限的優點，非常適合于大氣氣溶膠的光學性質研究以及各種痕量氣體的檢測分析。

目前，消光系數可通過光腔衰蕩光譜技術準確測量，不確定性小于3%，而散射系數的測量已經比較成熟，使用積分濁度儀，其不確定性最低可達5%；兩者結合準確測量出消光系數和散射系數，再計算得到吸收系數和單次散射反照率將是一種理想的測量方法。但是該方法，采用兩臺不同的儀器分別測量消光系數和散射系數，會受到樣品分析時間的同步性不確定的影響；更重要的是，消光系數測量的工作波長通常與散射系數測量的工作波長不一致，需要附加的計算，將兩者統一到同一波長，會引入計算方法誤差，增加單次散射反照率測量的不確定性。因此，開發能夠在同一臺儀器上同時測量氣溶膠消光系數和散射系數的方法，同時得到氣溶膠吸收系數和單次散射反照率，對提高系數吸收和單次散射反照率測量的準確度和可靠性，具有極其重要的意義。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明的目的在于提供一種能夠同時檢測氣溶膠消光和散射系數的激光光腔衰蕩光譜儀。

本發明所采用的技術方案是：

一種同時檢測氣溶膠消光和散射系數的激光光腔衰蕩光譜儀，包括光路系統、檢測系統和氣路系統，所述光路系統包括光源和接收光源輸出光的光腔，所述檢測系統包括數據處理裝置和分別與數據處理裝置信號連接的第一光電倍增管、第二光電倍增管，所述第一光電倍增管用于光腔透射光的檢測且位于光腔輸出端，所述第二光電倍增管用于散射光積分測量且從光腔側面伸入光腔，所述氣路系統周期性地為光腔提供樣品氣體或背景氣體。

作為上述技術方案的進一步改進，所述第二光電倍增管垂直于光腔內的光路方向且位于光腔內光路側面的中部。

作為上述技術方案的進一步改進，所述光路系統包括導入裝置，所述導入裝置位于光源及光腔之間，將光源輸出光導入光腔內。

作為上述技術方案的進一步改進，所述導入裝置包括一次反射鏡、二次反射鏡、第一光闌和第二光闌，光線先經過一次反射鏡和二次反射鏡的反射后調整光束方向，再依次通過第一光闌和第二光闌以調整光束直徑，最后進入光腔。

作為上述技術方案的進一步改進，所述光腔包括垂直于光路方向的入射高反鏡和透射高反鏡，所述入射高反鏡和透射高反鏡均為平凹鏡，其中各凹面鍍高反膜，各凹面相對安裝，光從入射高反鏡和透射高反鏡中心穿過。

作為上述技術方案的進一步改進，所述氣路系統包括分別連接光腔的供氣裝置和抽氣裝置，所述供氣裝置包括并聯連接的樣品氣路和背景氣路，所述樣品氣路和背景氣路的輸入端接有氣路選擇單元。

作為上述技術方案的進一步改進，所述背景氣路上接有過濾器。

作為上述技術方案的進一步改進，所述氣路選擇單元為電動三通閥，所述電動三通閥的兩個出口分別連接樣品氣路和背景氣路，入口連接待測氣體。

作為上述技術方案的進一步改進，所述抽氣裝置為抽氣泵，所述抽氣泵為光腔進氣提供動力。

作為上述技術方案的進一步改進，所述數據處理裝置包括分別信號連接第一光電倍增管和第二光電倍增管的數據采集卡，所述數據采集卡連接上位機。

本發明的有益效果是：本發明通過氣路系統周期性地將背景氣體和帶有氣溶膠的樣品氣體通入光腔，用第一光電倍增管和第二光電倍增管分別檢測光腔的透射光和散射光，通過擬合分別得到背景氣體的衰蕩時間和樣品氣體的衰蕩時間，計算氣溶膠的消光系數；同時計算透射光和散射光強的比值，得到氣溶膠的散射系數，在此基礎上，可進一步得到氣溶膠的吸收系數、單次散射反照率等大氣氣溶膠的光學性質的重要參數，其檢測誤差小、精度高。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。

圖1是本發明的構造原理圖。

具體實施方式