[发明专利]非同轴光路的大气成分超光谱测量系统

说明书

本发明属于环境空气质量监测技术领域，具体为一种非同轴光路大气成分超光谱测量系统。本发明系统包括由光源和一组反射镜组成的测量光路系统，以及由光谱仪、计算机和光路调节控制器组成的分析和控制系统。本发明属于开放光路测量技术，测量光路系统又由发射光路系统、接收光路系统和光路另一端的反射镜组成，发射光路系统和接收光路系统的光轴非同轴，而且之间有一个夹角，可分别独立调整发射和接收光路的角度，与现有技术相比，能够远程通过计算机和调节控制器独立调节发射或接收光路角度，实现光路的精准控制。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种监测环境空气质量的非同轴光路的大气成分超光谱测量系统。

背景技术

环境空气中的气态污染物主要包括臭氧、二氧化硫、二氧化氮、氨气、甲醛、苯系物和一氧化氮等。目前对这些气态污染物的测量主要有抽气采样的点式仪器和无需抽气采样的开放光路在线测量仪器等。抽气采样的点式测量仪器一般要安装在监测站房内，通过一根与外界相连的采样管将外界环境空气抽取到仪器内的测量单元，这类仪器一般情况下一台设备只能测量一种污染物，比如二氧化硫分析仪只能测量二氧化硫，臭氧分析仪只能测量臭氧，而且空气通过采样系统也会有部分的损坏，会对测量带来一定的误差。开放光路的在线测量仪器是通过发射一束测量光束，光束在大气中传输时会被大气中的污染物吸收，不同的污染物有着各自的吸收光谱特性，犹如不同的人有不同的指纹一样，通过分析实时测量的大气吸收光谱，可以对大气中的污染物进行定性和定量测量。

现有的开放光路测量仪器主要有两种工作方式，一种是光源发射单元在一端，而接收单元在光路的另一端的工作方式，这种情况下，光源发出的光经过大气传输后直接被接收端接收，测量光程就是发射端到接收端之间的直线距离，在光源发射端需要一个较大的空间，而且需要有电源来供电，对设备的安装要求较高；另一种工作方式是反射式的，就是发射端和接收端都在光路的一端，在光路的另一端使用一个反射镜，这种情况下，光源发射的光射向反射镜，被反射镜反射后，光束沿原路返回，被接收端接收，测量光程是发射端和反射镜之间距离的2倍。

对于开放光路的仪器，由于光束在大气中传输较远的距离，因此接收端将接收到的光束准确汇聚到光纤的入射端对提高仪器测量精度非常重要。现有反射式工作的测量仪器，光的发射单元和接收单元都是同轴设计的，也就是发射单元和接收单元共同使用一块球面反射镜，反射镜的一部分用作发射用，另一部分则作接收用，而在光路另一端的反射镜则使用角锥棱镜，确保光沿原路返回。这种设计方式，由于发射端和接收端是同轴的，并且共同使用同一块球面反射镜，发射光路和接收光路无法单独调节，一旦出现由于热胀冷缩、仪器位移或其他原因导致的光路偏离，使得接收端接收的光汇聚不到光纤接收端的中心位置，则是很难通过调节发射端（接收端）的发射角度（接收角度）调正光路，导致测量精度受到严重影响，必须要打开设备，重现调节光源、球面反射镜和光纤接收端的位置才能使光路达到最佳状态。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的不足，提供一种光路调正方便、测量精度高的非同轴光路的大气成分超光谱测量系统。

本发明提供的大气成分超光谱测量系统，基于非同轴光路设计的反射式开放光路大气成分超光谱测量系统。其发射端和接收端可分别单独调节光路角度，通过单独调节发射端或接收端的光路角度即可实现对测量光路的精确调节。其结构如图1所示，主要包括由光源1、光纤5和三块反射镜组成的测量光路系统，以及由光谱仪6、计算机7和光路调节控制器8组成的分析和控制系统；其中：

所述测量光路系统中，光源1、第一反射镜2、第三反射镜4和光纤5的接收端位于光路的一端，构成发射和接收光路系统；第二反射镜3位于光路的另一端，其与发射和接收光路端之间的距离一般为10-1000米之间的范围，实际距离根据设备具体测量的污染种类和现场安装条件来确定。