亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统的制作方法
一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统
技术领域：
本发明涉及一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统，尤其是测量空气中痕量气 体的监测系统。
背景技术：
在大气污染中的气体监测中，可分别对不同的气体采用点式仪器进行采样和分 析，但这种方法只能了解监测点采样空间的大气污染情况以及采样时段内的平均状况，时 空代表性较差，而且一台点式监测仪器一般只能监测一种气体。利用开放式长光程法的气 体吸收光谱测量技术以其大范围、多组份检测、连续实时在线的测量方式正成为环境污染 监测的理想工具。采用开放式长光程技术可以在同一光谱吸收波段同时监测几种污染物， 可实现完全非接触在线自动监测，仪器的灵敏度高监测结果比单点监测更具有代表性。开放式长光程法监测系统由于测量方法和光谱仪灵敏度的限制，一般只局限于采 用一种方法和一台光谱仪进行测量，所以测量气体的组份比较少，一般只能测量在某一个 波段范围具有特征吸收光谱的气体，如在红外波段可同时监测co、CO2、CH4，在紫外或进紫外 波段同时监测O3、SO2、NO2，但以上所有气体一般不能同时都进行监测。

发明内容本发明的目的是解决现有开放式长光程测量系统或点式测量仪器不能同时监测 多种气体成份和浓度、以及点式测量仪器时空代表性较差的问题，提供一种开放式长光程 的宽光谱气体测量系统。本发明提供的开放式长光程宽光谱的一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统， 包括多光源、多束收发光纤束结构、望远镜和光谱仪，该多束收发光纤束结构包括至少两组 发射光纤和至少两组相对应的接收光纤，其中一端固定在一起成为收发光纤公共端，发射 光纤的另一端分别与一个光源对应，光源可分别同时采用能发出连续光谱的光源(如氙 灯)、可调谐激光，光源发出的光分别耦合到独立的发射光纤入射端，由这些发射光纤的公 共端射出，经望远镜内的球面反射镜准直，通过一段开放的大气，到达望远镜光程另一端的 角锥棱镜后被沿原方向反射，再次经球面反射镜聚焦进入收发光纤公共端，最后经独立的 接收光纤出射端射出，由光谱仪进行光谱检测。该系统在望远镜内部只需要一块凹面镜，结构简单，光谱利用效率高，可完成从紫 外到红外波段的多种气体吸收光谱测量。上述的多束收发结构光纤束中的收发光纤公共端位于望远镜的光轴上，设球面反 射镜的半径为R，则收发光纤公共端距离球面反射镜的距离为1/2R。多束收发光纤束中的收发光纤公共端可以安装在三维移动平台上并可进行三维 调整。本发明的优点和积极效果本发明提供的开放式长光程的宽光谱气体测量系统中，光谱收发采用具有公共端口的光纤束，望远镜中只用一块反射球面镜；该系统的最大特点在于实现了从紫外到红外 波段气体特征吸收光谱的同时测量，并可以实现对多光源发出的光，经气体吸收后同时进 行测量。与现有典型开放式长光程光谱吸收测量系统相比，减少了透镜或反射镜组，避免了 光束在传输过程中平面镜的遮挡，提高了光谱利用效率；与点式测量仪器相比，更具有时空 代表性。该系统在调整和对中过程中，只需对多束收发光纤束公共端进行三维调整，从而简 化了仪器调整和对中过程。

图1是本发明提供的一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统结构示意图。
具体实施方式图1所示为本发明提供的一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统，该系统包括 可发出宽光谱结构的点光源(氙灯)1、可调谐激光光源2 (或其它类型的光源)、望远镜和 光谱仪(图中未画出)。其中望远镜包括球面反射镜6，及望远镜光程另一端的角锥棱镜 7。此外该系统还包括收发一体式光纤束结构，该光纤束结构由发射光纤10、11(本例发射 光纤为两组，也可以更多)和接收光纤12、13构成，其中一端固定在一起成为收发光纤公共 端5，该公共端位于望远镜光轴上，假设球面反射镜6的半径为R，则多束收发光纤公共端距 离球面反射镜的距离为1/2R，且该收发光纤公共端可以安装在现有的三维移动平台上并可 进行三维调整。检测时，由氙灯1、可调谐激光光源2(或其它光源)发出的光谱分别经耦合后首先 进入发射光纤10、11的入射端口 3和4，由发射光纤的另一端，即收发光纤公共端5射出， 经望远镜内的球面反射镜6准直，通过一段开放的大气，到达望远镜光程另一端的角锥棱 镜7，然后被沿原方向反射，携带大气中污染气体信息的反射光沿原方向返回，再次经望远 镜内的球面反射镜6聚焦进入收发光纤公共端5，最后经接收光纤12、13的另一端口 8、9出 射后分别导入各光源所对应的光谱仪进行光谱检测。光谱仪根据气体的特征吸收光谱可反 演得到空气中痕量气体的浓度。
权利要求
一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统，包括多光源、多束收发光纤束结构、望远镜和光谱仪，该多束收发光纤束结构包括至少两组发射光纤和至少两组相对应的接收光纤，其中一端固定在一起成为收发光纤公共端，发射光纤的另一端分别与一个光源对应，光源发出的光分别耦合到独立的发射光纤入射端，由这些发射光纤的公共端射出，经望远镜内的球面反射镜准直，通过一段开放的大气，到达望远镜光程另一端的角锥棱镜后被沿原方向反射，再次经球面反射镜聚焦进入收发光纤公共端，最后经独立的接收光纤出射端射出，由光谱仪进行光谱检测。
2.根据权利要求1所述的开放式长光程的宽光谱气体测量系统，其特征在于光源可分 别同时采用能发出连续光谱的光源或可调谐激光。
3.根据权利要求1或2所述的开放式长光程的宽光谱气体测量系统，其特征在于可采 用多台光谱仪，采用不同的光谱分析方法同时完成从紫外到红外波段的气体成分检测。
全文摘要
一种开放式长光程的宽光谱气体测量系统。解决现有开放式长光程气体测量系统测量光谱范围窄、可测气体组分少的问题。本发明测量系统包括多光源、多束收发光纤束结构、望远镜和光谱仪。光源可分别同时采用能发出连续光谱的光源、可调谐激光，分别耦合到独立的发射光纤入射端，经这些发射光纤的公共端射出，经望远镜内的球面反射镜准直，到达望远镜光程另一端的角锥棱镜后被沿原方向反射，再次经球面反射镜聚焦进入收发光纤公共端，最后经独立的接收光纤出射端射出，由光谱仪进行光谱检测。该系统在望远镜内部只需要一块凹面镜，结构简单，光谱利用效率高，可完成从紫外到红外波段的多种气体吸收光谱测量。
文档编号G01N21/33GK101980003SQ20101050600
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者徐可欣, 杜振辉, 陈文亮, 魏永杰 申请人:天津市先石光学技术有限公司