[发明专利]同时检测气溶胶消光和散射系数的激光光腔衰荡光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及大气气溶胶光学性质在线检测领域，特别是涉及一种同时检测气溶胶消光和散射系数的激光光腔衰荡光谱仪。

背景技术

大气气溶胶是全球和区域气候变化重要的驱动因子，但同时气溶胶也是目前气候研究中最大的不确定性来源之一，其原因除了全球尺度上大气气溶胶来源的多样性、时空分布差异较大外，测量技术的限制对气溶胶吸收特性测量上的极大不确定性也是一个重要原因。研究能够同时测量消光系数和散射系数或同时测量散射系数和吸收系数的新技术，对大气科学研究以及气象领域具有重要的实用价值和意义。

光腔衰荡光谱技术基于高反镜的多次反射特性，在较短的距离内实现了长等效光程（可达数千米甚至数十千米），具有超高灵敏度和低检测限的优点，非常适合于大气气溶胶的光学性质研究以及各种痕量气体的检测分析。

目前，消光系数可通过光腔衰荡光谱技术准确测量，不确定性小于3%，而散射系数的测量已经比较成熟，使用积分浊度仪，其不确定性最低可达5%；两者结合准确测量出消光系数和散射系数，再计算得到吸收系数和单次散射反照率将是一种理想的测量方法。但是该方法，采用两台不同的仪器分别测量消光系数和散射系数，会受到样品分析时间的同步性不确定的影响；更重要的是，消光系数测量的工作波长通常与散射系数测量的工作波长不一致，需要附加的计算，将两者统一到同一波长，会引入计算方法误差，增加单次散射反照率测量的不确定性。因此，开发能够在同一台仪器上同时测量气溶胶消光系数和散射系数的方法，同时得到气溶胶吸收系数和单次散射反照率，对提高系数吸收和单次散射反照率测量的准确度和可靠性，具有极其重要的意义。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能够同时检测气溶胶消光和散射系数的激光光腔衰荡光谱仪。

本发明所采用的技术方案是：

一种同时检测气溶胶消光和散射系数的激光光腔衰荡光谱仪，包括光路系统、检测系统和气路系统，所述光路系统包括光源和接收光源输出光的光腔，所述检测系统包括数据处理装置和分别与数据处理装置信号连接的第一光电倍增管、第二光电倍增管，所述第一光电倍增管用于光腔透射光的检测且位于光腔输出端，所述第二光电倍增管用于散射光积分测量且从光腔侧面伸入光腔，所述气路系统周期性地为光腔提供样品气体或背景气体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二光电倍增管垂直于光腔内的光路方向且位于光腔内光路侧面的中部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光路系统包括导入装置，所述导入装置位于光源及光腔之间，将光源输出光导入光腔内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述导入装置包括一次反射镜、二次反射镜、第一光阑和第二光阑，光线先经过一次反射镜和二次反射镜的反射后调整光束方向，再依次通过第一光阑和第二光阑以调整光束直径，最后进入光腔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光腔包括垂直于光路方向的入射高反镜和透射高反镜，所述入射高反镜和透射高反镜均为平凹镜，其中各凹面镀高反膜，各凹面相对安装，光从入射高反镜和透射高反镜中心穿过。

作为上述技术方案的进一步改进，所述气路系统包括分别连接光腔的供气装置和抽气装置，所述供气装置包括并联连接的样品气路和背景气路，所述样品气路和背景气路的输入端接有气路选择单元。

作为上述技术方案的进一步改进，所述背景气路上接有过滤器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述气路选择单元为电动三通阀，所述电动三通阀的两个出口分别连接样品气路和背景气路，入口连接待测气体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述抽气装置为抽气泵，所述抽气泵为光腔进气提供动力。

作为上述技术方案的进一步改进，所述数据处理装置包括分别信号连接第一光电倍增管和第二光电倍增管的数据采集卡，所述数据采集卡连接上位机。

本发明的有益效果是：本发明通过气路系统周期性地将背景气体和带有气溶胶的样品气体通入光腔，用第一光电倍增管和第二光电倍增管分别检测光腔的透射光和散射光，通过拟合分别得到背景气体的衰荡时间和样品气体的衰荡时间，计算气溶胶的消光系数；同时计算透射光和散射光强的比值，得到气溶胶的散射系数，在此基础上，可进一步得到气溶胶的吸收系数、单次散射反照率等大气气溶胶的光学性质的重要参数，其检测误差小、精度高。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的构造原理图。

具体实施方式