[实用新型]用于大气污染物监测仪的光谱数据采集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光谱数据采集装置，尤其涉及用于大气污染物监测仪的光谱数据采集装置。

背景技术

在大气污染物监测仪中，差分吸收光谱（DOAS）法是大气污染物监测中发展的一种先进的分析方法。其基本思想是利用气体分子在紫外及可见光波段内具有特征差分吸收结构的特征来鉴别气体种类，并根据吸收光谱强度来反演待测气体的浓度。

   该方法是基于最小二乘法原理，利用测量的大气光谱的差分吸收光学密度与标准的吸收截面确定气体的浓度。其测量精度不仅取决于光谱测量精度、仪器本身的噪声、测量波段内其它气体的干扰，还与前期光谱采集与处理有关。

   利用DOAS技术的大气污染物监测仪的基本组成结构主要包括三个部分：由光源、望远镜和角锥棱镜组成的光传感单元，由光谱仪、光电转换器和光谱采集模块组成的光谱测量单元，以及用于系统控制和数据分析的工控机。

现DOAS法大气污染物监测仪光谱测量单元的实现方法是：光电转换器大都采用光电倍增管（PMT）,采用PMT转换器需在光谱仪出射孔处安装一个光-机械扫描装置，即用一个转动圆盘代替光谱仪出射狭缝，圆盘边缘上径向均匀分布扫描狭缝，转动时只有一个作为出射狭缝，通过狭缝的光由位于焦面后面的PMT接收。这种方法的缺点是：光的利用率低，测量时间长；狭缝角速度的轻微变化引起的噪声影响测量精度，在检测中，测量时间越长，则大气的扰动带来的变化越大；传统的A/D转换器为了防止混叠噪声的影响，需要高性能的前端抗混叠滤波器，增加了对设计和工艺的要求。是以高成本和电路的复杂度换取器件的高精度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是传统的光谱数据采集装置的上述缺陷，为此提供一种用于大气污染物监测仪的光谱数据采集装置。

本实用新型的技术方案是：用于大气污染物监测仪的光谱数据采集装置，它包括光谱仪、光谱采集模块和工控机，光谱仪的出射焦平面上设有光电二极管阵列探测器，所述的光电二极管阵列探测器与光谱采集模块电连接，其输出接口与工控机电连接。

工控机即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。

上述方案中所述光电二极管阵列探测器是由光电二极管阵列与NMOS器件构成的多通道探测器。

上述方案中所述光谱采集模块包括DSP微控制器、驱动时序电路、抗混频前置放大电路、过采样Σ-ΔA/D转换电路，所述DSP微控制器与所述光电二极管阵列探测器通信并控制驱动时序电路产生启动信号，光电二极管阵列探测器接收该启动信号并产生触发信号，该触发信号依次经过抗混频前置放大电路和过采样Σ-ΔA/D转换电路反馈给DSP微控制器。

上述方案中所述过采样Σ-ΔA/D转换电路包括差分放大器、积分器、比较器、数字滤波器和数模转换器，所述差分放大器的输入端与所述抗混频前置放大电路的输出端相连，差分放大器的输出端与所述积分器的输入端相连，积分器的输出端与所述比较器的一个输入端相连，比较器的另一个输入端接地，该比较器的输出驱动数字滤波器和数模转换器。

本实用新型的有益效果是：采用光电二极管阵列探测器能够同时探测整个光谱区间，测量时间短，大气扰动不会对光强的测量产生影响；没有运动装置，系统更加稳定；光的利用率高；采用过采样和Σ-ΔAD转换器对探测器输出噪声和量化噪声进行有效的双重抑制，使基带内信噪比大大提高，从而使AD转换达到很高的精度，进而提高了监测仪的低限值时的测量精度，同时也降低了电路设计复杂度和工艺要求。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是图1中光谱采集模块的结构示意图；

图3是图2中过采样Σ-ΔA/D转换电路的结构示意图；

图中，1、入射狭缝，2、第一球面镜，3、第二球面镜，4、反射镜，5、光栅，6、光电二极管阵列探测器，7、光谱采集模块，8、工控机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。