[发明专利]一种适用于气溶胶吸收及消光系数同步测量的光声光谱仪

说明书

本发明涉及气溶胶光学特性监测领域，具体涉及一种适用于气溶胶吸收及消光系数同步测量的光声光谱仪。包括光学模块，光声腔模块和数据处理模块，光声腔模块包括设置在光学模块出光光路上的气体吸收池和垂直于出光光路设置的声学谐振腔；光学模块包括激光二极管、光纤、光纤准直器和第一反射镜、第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜设置在气体吸收池两侧且中心水平共轴；数据处理模块包括与声学麦克风依次电连接的前置放大器、锁相放大器和数据采集卡及数据终端处理设备。本发明对气溶胶吸收及消光系数进行同步测量，最终可完整的获得气溶胶的光学特性参数。

技术领域

本发明涉及气溶胶光学特性监测领域，具体涉及一种适用于气溶胶吸收及消光系数同步测量的光声光谱仪。

技术背景

气溶胶是大气中的主要污染物，其存在对于地球辐射能量平衡，全球气候以及大气能见度起着重要的作用。开展气溶胶光学特性的测量有助于实现气溶胶的源解析，分析气溶胶的混合态以及时空变化规律，为大气气溶胶的综合治理提供有益的参考。然而由于缺乏合适的科学仪器及方法，目前关于气溶胶光学特性的测量值仍然存在比较大的不确定性。目前关于气溶胶光学特性的测量仪器大多采用多个仪器联用分别选择气溶胶消光、吸收、散射中的两个参数进行测量，然后利用消光等于吸收与散射之和进行另外一个光学参数的分析，进一步获得气溶胶的单次散射反照度。

然而在采用多个仪器联用时，一方面不得不考虑气溶胶分流分别进入不同仪器所带来的测量误差。另一方面不同仪器所用的光波段具有或多或少的差异，尽管利用气溶胶的光学波长依赖特性理论上可以解决不同仪器光波段差异所带来的问题，但是气溶胶的光学波长依赖特性自身会随着气溶胶的种类，尺寸，混合态或老化等发生变化，无法精确的确定不同气溶胶的光学波长依赖特性，因此不同仪器光波段差异的问题可能不能利用气溶胶光波长依赖特性得到有效解决。

近年来宽带腔增强吸收光谱技术与积分球结合实现了在同一样品体积内气溶胶的消光系数与散射系数的同步测量，该技术有效的解决了不同仪器分开联用引起的气溶胶分流所带来的测量误差，并且有效的减小了样品体积，减少了样品交换时间，系统响应时间也明显提高。同时由于仅采用单个光源避免了光波段差异所带来的测量误差。然而宽带腔增强吸收光谱技术与积分球结合虽能有效对气溶胶的消光系数和散射系数同步测量，但据文献报导，当气溶胶的消光系数主要由散射系数组成时(这种情况在实际大气中比较常见)，其测量误差一般较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种适用于气溶胶吸收及消光系数同步测量的光声光谱仪。

本发明采用了以下技术方案：

一种适用于气溶胶吸收及消光系数同步测量的光声光谱仪，包括光学模块，光声腔模块和数据处理模块，

所述光声腔模块包括设置在所述光学模块出光光路上的气体吸收池和垂直于所述出光光路设置的声学谐振腔，所述声学谐振腔的一端为开放端，所述开放端贯穿所述气体吸收池一侧池壁的中部并构成固定连接，另一端为封闭端，所述封闭端设置有声学麦克风。

优选的，所述光学模块包括激光二极管、光纤、光纤准直器和设置在所述气体吸收池两端的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜与所述气体吸收池两端设置有间隙，且第一反射镜和第二反射镜与气体吸收池中心水平共轴。

优选的，所述数据处理模块包括与所述声学麦克风电连接的前置放大器、与所述前置放大器输出端电连接的锁相放大器和与所述锁相放大器输出端电连接的数据采集卡及数据终端处理设备。

优选的，所述第一反射镜和第二反射镜均为平凹透镜，平凹透镜的凹面均朝向气体吸收池相对设置，所述平凹透镜的另一面为平面，所述光纤准直器连接在光纤上，并设置在第一反射镜的平面侧，所述第一反射镜上设置有通光孔供所述光纤准直器的出射光光通过。