[發明專利]基于雙光路法布里珀羅干涉儀的CH4柱濃度遙測裝置

在審

• 申請號: 201710371387.5
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107300539A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 徐晉;李昂;謝品華;王汝雯;劉文清
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 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

本發明涉及光學測量裝置領域，具體是一種基于雙光路法布里珀羅干涉儀的CH4柱濃度遙測裝置。

背景技術

CH₄是重要的溫室氣體，在全球變暖的溫室效應中扮演著重要角色。CH₄氣體的監測技術經歷了最初的現場采樣、實驗室分析，到現場在線監測以及近年來的新型光學遙測技術的發展過程。光學遙測技術能夠實現現場非接觸、實時在線的連續測量，并且遙測更能反映整個大氣層CH₄的濃度分布及變化情況。

目前用于CH₄氣體遙測的主要方法有：激光雷達(LIDAR)、傅里葉光譜儀(FTS)等，而用于測量CH₄全球分布的設備主要為衛星搭載設備(如SCIAMACHY)。對于激光雷達設備，雖然能夠給出CH₄的垂直分布，但是系統復雜，成本高，且測量波段受激光器波長的限制，對激光器要求高；傅里葉光譜儀也能遙測CH₄的濃度分布，但是同樣成本很高，設備復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于雙光路法布里珀羅干涉儀的CH₄柱濃度遙測裝置，以解決現有技術大氣CH₄氣體地基、平臺搭載遙測手段缺乏的的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

基于雙光路法布里珀羅干涉儀的CH₄柱濃度遙測裝置，其特征在于：包括置于二維平臺上的雙光路測量裝置、望遠鏡，以及控制二維平臺、雙光路測量裝置的工控機，所述工控機控制二維平臺運動，使太陽光可沿望遠鏡光軸方向入射至望遠鏡，雙光路測量裝置通過望遠鏡接收太陽光，其中：

雙光路測量裝置包括第一離軸拋物面反射鏡、斬波器、第二離軸拋物面反射鏡、前置濾波器、分光鏡、法布里珀羅干涉儀、第三離軸拋物面反射鏡、第一銦鎵砷探測器、第四離軸拋物面反射鏡、第二銦鎵砷探測器、第一鎖相放大器、第二鎖相放大器；望遠鏡接收的太陽光入射至第一離軸拋物面反射鏡，經第一離軸拋物面反射鏡反射至斬波器，再經斬波器斬波后入射至第二離軸拋物面反射鏡，第二離軸拋物面反射鏡將經過斬波后的太陽光反射至前置濾波器，經前置濾波器濾波后入射至分光鏡，分光鏡將部分經過濾波后的太陽光反射至第四離軸拋物面反射鏡，再經第四離軸拋物面反射鏡反射至第二銦鎵砷探測器，分光鏡將其余經過濾波后的太陽光透射至法布里珀羅干涉儀，經法布里珀羅干涉儀優化選擇使存在CH₄吸收波段的太陽光通過法布里珀羅干涉儀并入射至第三離軸拋物面反射鏡，再經第三離軸拋物面反射鏡反射至第一銦鎵砷探測器；其中第一銦鎵砷探測器由第一鎖相放大器鎖相控制，第二銦鎵砷探測器由第二鎖相放大器鎖相控制，所述斬波器由第一鎖相放大器鎖相控制；

所述工控機分別與第一鎖相放大器、第二鎖相放大器、法布里珀羅干涉儀控制連接，由工控機分別控制第一鎖相放大器、第二鎖相放大器、法布里珀羅干涉儀工作，工控機還分別與第一銦鎵砷探測器、第二銦鎵砷探測器連接，由工控機分別接收第一銦鎵砷探測器、第二銦鎵砷探測器輸出的太陽光光譜信號，工控機中計算第一銦鎵砷探測器、第二銦鎵砷探測器輸出的太陽光光譜信號最小二乘擬合系數以獲得CH₄濃度信息。

所述的基于雙光路法布里珀羅干涉儀的CH₄柱濃度遙測裝置，其特征在于：所述工控機通過聯網實時獲得NASA官網發布的太陽位置信息，并根據太陽位置信息控制二維平臺運動以調整望遠鏡指向，在二維平臺上還設有傾角儀，傾角儀與工控機連接，利用傾角儀實現對觀測角度的反饋和微調。

所述的基于雙光路法布里珀羅干涉儀的CH₄柱濃度遙測裝置，其特征在于：所述望遠鏡中設有短波紅外光學濾光片，太陽光經望遠鏡后到達雙光路測量裝置中第一離軸拋物面反射鏡。

所述的基于雙光路法布里珀羅干涉儀的CH₄柱濃度遙測裝置，其特征在于：所述法布里珀羅干涉儀為固態腔體干涉方式，工控機控制法布里珀羅干涉儀調節干涉條紋的間距，使干涉條紋的間距與CH₄吸收峰匹配，實現優化選擇CH₄吸收波段的太陽光通過法布里珀羅干涉儀。