[發明專利]多通道氣溶膠散射吸收測量儀

有效

• 申請號: 201410232392.4
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103983544A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 韓永
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/49;G01N21/59;G01N21/31
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明涉及一種大氣氣溶膠吸收系數測量裝置，具體地涉及一種多通道氣溶膠散射吸收測量儀。

背景技術

大氣氣溶膠是氣體和在重力場中具有一定穩定性的、沉降速度小的粒子組成的混合系統，同時也是指懸浮在大氣中的直徑在0.001～100μm的液體或固體微粒體系，是大氣環境中組成復雜、危害較大的污染物之一。從大氣能量平衡的角度來看，氣溶膠在紫外、可見到紅外很寬的波段內對輻射傳輸產生影響。氣溶膠的光學效應導致所在大氣層被加熱，從而減少了到達地表的太陽輻射，使得地面蒸發受到影響，亦改變了水循環，此為氣溶膠的直接效應。它還起到云凝結核的作用，大量的氣溶膠顆粒有可能使云滴的數密度增加，導致云滴的平均半徑變小，使得降水減少、云量下降，影響了云的輻射特性，此為氣溶膠的間接效應。這些狀況改變了地-氣系統的能量平衡，從而也影響了人類賴以生存的氣候環境條件。因此，對于氣溶膠直接和間接效應的研究是大氣科學中的基礎科學問題。

目前，我國大氣探測領域氣溶膠散射相函數和光吸收等光學參數的常規觀測尚未進行，學術界對氣溶膠的散射和吸收特性的科學觀測尚不完善，對氣溶膠各光學特性(氣溶膠散射系數、吸收系數、散射相函數、消光系數、透過率、能見度、單次散射反照率)的測量沒有實現同步一體化獲取，缺少氣溶膠散射相函數和單次散射反照率的直接測量科學儀器。現在已有的使用光腔衰蕩方法測量的氣溶膠散射系數和吸收系數是通過測量消光系數和散射系數來確定氣溶膠吸收系數，此方法對于氣溶膠吸收系數的測量是間接的，而且該方法不能夠提供氣溶膠散射相函數的直接測量結果。還有，目前的散射系數測量缺少近軸小角附近的光散射強度的直接測量結果(比如積分濁度計)，因為近軸前后向散射測量的缺少，使得氣溶膠散射系數的測量存在較大誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺陷，提供一種多通道氣溶膠散射吸收測量儀，其能在不同的環境下同步獲取多通道氣溶膠的散射系數和吸收系數，實現散射相函數、消光系數、能見度、透過率、單次散射反照率等氣溶膠光學參數的實時在線一體化測量，自動化程度高、穩定性好。

為實現上述目的，本發明采用提供一種多通道氣溶膠散射吸收測量儀，包括光路裝置、檢測裝置和氣路裝置，所述光路裝置用于提供光源；所述檢測裝置包括控制單元和檢測單元；所述檢測單元包括光聲腔、第一長程多次反射鏡、第二長程多次反射鏡、六個光電探測器、溫壓濕傳感器和聲轉換器，其中所述第一長程多次反射鏡和第二長程多次反射鏡分別位于光聲腔的兩端，第一長程多次反射鏡71和第二長程多次反射鏡61的反射原理同Herriott型光學長程池，反射的結果使得光路在兩個長程多次反射鏡之間形成空心圓柱形的光柱，從而在兩個長程多次反射鏡之間形成一個空腔，所述光聲腔將所述的兩個長程多次反射鏡罩住形成檢測腔；所述光電探測器中的其中一個設置于檢測裝置的外部用于檢測從檢測單元出射的光源的光強度，其他的光電探測器設置于光聲腔的表面用于測量不同角度的氣溶膠的散射強度；所述溫壓濕傳感器和聲轉換器分別設置于所述光聲腔的內表面，所述聲轉換器設置于光聲腔的中間位置并與光聲腔的長軸垂直，所述光電探測器、溫壓濕傳感器和聲轉換器分別與所述控制單元連接；所述氣路裝置包括進樣單元、定標單元和出樣單元，其中，所述進樣單元和出樣單元分別與所述光聲腔的兩端相通；來自光路裝置的光源和來自氣路裝置的氣流分別進入檢測裝置的光聲腔并由控制單元進行檢測。光聲腔的檢測原理是光照射到氣溶膠粒子上時由于粒子會吸收光能從而會產生聲壓，光和聲之間的相互轉換，由于光聲光譜測量的是樣品吸收光能產生聲壓的大小，因而反射光、散射光等對測量干擾較小，而將長程第一長程多次反射鏡和第二長程多次反射鏡植入到光聲腔中，可大幅加強聲壓轉換器的探測信號，并使得透過率的測量容易實現，聲壓轉換器即麥克風是直接測量氣溶膠吸收系數的探測傳感器。其中，所述的溫壓濕傳感器為一個集成測量溫度、壓力和濕度的傳感器，此溫壓濕傳感器也可以由單獨的溫度傳感器、壓力傳感器和濕度傳感器代替。