[發(fā)明專利]單光束飛秒激光測量空氣中污染物濃度的檢測裝置和檢測方法

有效

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• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113340868B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程亞;姚金平;張方波;謝紅強;張志豪;萬悅芯;付博濤;于書鵬;喬玲玲;徐至展
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種空氣中污染物濃度的檢測裝置，其特征在于，包括：近紅外飛秒激光器（1）、四分之一波片（2）、聚焦透鏡（3）、氣腔（4）、準直透鏡（5）、濾波片（6）、收集透鏡（7）和光柵光譜儀（8）；所述的氣腔（4）內(nèi)充有待測氣體和1個大氣壓的標準空氣，所述標準空氣由N₂: 80%和O₂: 20%組成，所述的濾波片（6）為在相干振動拉曼信號波段具有高透過率的窄帶濾波片；所述的近紅外飛秒激光器（1）輸出的線偏振飛秒激光經(jīng)過四分之一波片（2），轉(zhuǎn)化成圓偏振飛秒激光，該圓偏振飛秒激光經(jīng)所述的聚焦透鏡（3）會聚后入射至所述的氣腔（4），所述的圓偏振飛秒激光激發(fā)污染物的振動相干性，同時激發(fā)空氣中的氮氣分子產(chǎn)生窄帶的氮氣激射信號，將該激射信號作為探測光，其經(jīng)過相干激發(fā)的污染物分子后，產(chǎn)生相干振動拉曼散射，經(jīng)所述的氣腔（4）出射的光依次經(jīng)過準直透鏡（5）和濾波片（6），獲得高信噪比的污染物相干振動拉曼信號，該信號經(jīng)收集透鏡（7）聚焦到光柵光譜儀（8）。

2.利用權(quán)利要求1所述的空氣中污染物濃度的檢測裝置進行空氣中污染物濃度的測量方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

1）打開氣腔的微調(diào)閥，將1個大氣壓的標準空氣和待測污染物氣體充入氣腔（4），所述標準空氣由N₂: 80%和O₂: 20%組成，并通過微調(diào)閥控制污染物的濃度；

2）啟動近紅外飛秒激光器（1），輸出飛秒激光；

3）調(diào)節(jié)四分之一波片（2）的角度，使得線偏振飛秒激光轉(zhuǎn)化成圓偏振光；

4）圓偏振飛秒激光經(jīng)過聚焦透鏡（3）會聚到充有待測氣體和標準空氣的氣腔（4），出射的光經(jīng)過準直透鏡（5）和濾波片（6），獲得污染物相干振動拉曼信號；

5）污染物相干振動拉曼信號經(jīng)過收集透鏡（7）聚焦到光柵光譜儀（8）的狹縫，利用光柵光譜儀（8）對污染物相干拉曼散射信號進行采集和光譜分析；

6）通過微調(diào)閥改變氣腔（4）中污染物的濃度，并使用光柵光譜儀（8）測量不同污染物濃度下相干振動拉曼信號的強度，對測量結(jié)果進行平方擬合，相干振動拉曼信號強度I與污染物的濃度ρ成二次方關(guān)系，得到相干振動拉曼信號強度與污染物濃度的擬合關(guān)系式；測量氮氣激射信號的強度與污染物濃度的關(guān)系，確保改變污染物濃度時激射信號基本保持不變；

7）利用標定的污染物濃度和所述擬合關(guān)系式，反推得到污染物的濃度信息。