专利名称：宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量大气中污染物质含量的检测装置，特别地，涉及一种在小空间范围内连续检测大气中痕量污染物质S02、N0x和尘埃含量的宽带腔增强 吸收光谱大气环境光电监测系统。
背景技术：
大气中的主要污染物是S02， NOx和尘埃，目前传统的大气污染物检测系统是 电化学方法。使用传感器的探头与气体发生化学反应，可以精确的测量出气体 的成分和浓度，但是时间一长，由于传感器探头的化学物质消耗，测量精度出 现下降，使用时间较短。另外， 一种气体需要一种传感器，多种气体就需要多 种传感器，需定期更换。成本高昂，维护复杂。除了电化学法，就是光学方法。目前，精度较高的光学方法，较新的一种 是长程差分光谱DOAS法，该方法通过长光程上污染气体的吸收程度，判断污染 气体的浓度，精度较高，当光程超过10千米时，可以达到上百PPT级别。但是 光程太长，动辄数千米，易受干扰，而且测量结果是光路上的平均值，不能测 量污染物的空间分布，局限性太大。而且，目前检测大气中痕量气体组分浓度的方法中对于低浓度痕量气体组 分(例如三氧化氮，亚硝酸，卤素氧化物等)无法实现连续检测，更无法实现 小空间范围内的在线式点检测以调査气体污染物空间分布及发现源头。发明内容本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种宽带腔增强吸收光谱大气 环境光电监测系统，本发明能够高精度、高空间分辨率检测大气中痕量气体组分的浓度。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 一种宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，它主要由辐射源、汇聚遮光装置、宽带增强腔、滤波汇 聚装置和检测器顺序连接组成。所述辐射源由白光源和光孔顺序同光轴排列组成；所述汇聚遮光装置由凸 透镜和光阑组成；所述宽带增强腔由两面高反镜组成，宽带增强腔可以封闭， 也可以开放；所述滤波汇聚装置由滤波片、单色仪和凸透镜顺序同光轴排列组 成；所述检测器为光谱仪。本发明的有益效果是，利用高反射镜构成增强腔延长光程，显著提高检测 灵敏度的同时，在小空间范围内实现开放式在线检测，并且可以实时检测一种 或多种痕量气体组分浓度，同时排除不同组分间互相干扰影响。
图1是本发明宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统的结构原理图； 图2是应用本发明进行检测的方法的流程图；图中，辐射源l、汇聚遮光装置2、宽带增强腔3、滤波汇聚装置4、检测具体实施方式
本发明基于宽带腔增强技术的大气环境光电监测系统的原理是采用一束特 定波段的光线，通过检测空间，并在检测空间两端由两面高反射镜组成的F-P 腔内来回形成振荡，来大幅延长有效光程，从而有效降低检测气体组分浓度下 限，并形成有效检测信号。 一种或多种大气中痕量气体组分浓度通过拟合技术 被计算出来，克服了不同组分间的干扰。该系统包括一个形成特定波长光线的 光源、用于引导该光线通过检测空间并形成来回振荡的光学系统，和用于接收 这个光线的并产生信号的探测器。所述的信号表示的是特定波段的光线的吸收 率，并且特定的波段应用于特定的一种或几种大气中痕量气体组分。通过这种 将特定波段光线来回振荡的技术，简称宽带腔增强技术，当痕量气体组分存在 于检测空间时，特定波段光线被反复吸收，即相当于单次通过检测空间的微弱 吸收信号被反复来回之后放大，从而实现了在小空间范围内的高灵敏度大气痕 量气体检测的目的。如图l所示，本发明的宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统主要由辐射源1、汇聚遮光装置2、宽带增强腔3、滤波汇聚装置4和检测器5组成。 其中，辐射源1与汇聚遮光装置2相连；汇聚遮光装置2与宽带增强腔3相连; 滤波汇聚装置4与宽带增强腔3相连；检测器5与滤波汇聚装置4相连。所有 装置被封装在一个封闭的壳中。辐射源1可由白光源和光孔组成，白光源和光孔同光轴；汇聚遮光装置2可由凸透镜和光阑组成；宽带增强腔3可由两面高反镜组成，宽带增强腔3可 以封闭，也可以开放；滤波汇聚装置4可由滤波片、单色仪和凸透镜依次同光 轴排列组成；检测器5可为光谱仪。从辐射源1辐射出一束发散光线；经汇聚遮光装置2汇聚并挡除部分杂散 光；进入宽带增强腔3，光线在宽带增强腔3内反复震荡，从另一端出射；光线 进入滤波汇聚装置4，滤除未增强吸收的波段，经单色仪去除杂光，通过凸透镜 汇聚到一点；到达检测器5，经检测器5分析检定，得出污染物质浓度。图2表示了运用本发明检测大气中痕量气体的方法，结合图1的分析仪器， 并通过改变不同的测试地点，可以检测大气环境中某些痕量气体的浓度，描述 污染物质的空间分布情况，并分析污染源头的可能地点。歩骤21选定检测空间，需要考虑考虑到风向，降水给系统检测带来的影响， 以及日光导致系统杂散光的增加，这些都会影响系统的检测结果。步骤22是连续检测大气环境中某种痕量气体的过程，由于大气环境是一个 复杂的系统，某些痕量气体的浓度随日出日落，或者温度变化会产生缓慢的变 化，这是相对的慢变化过程，因此连续的在线式检测才能发现其中的规律，分 析这一过程的原因。步骤23将测量结果与国家相关标准比较，判断气体浓度是否超标，应做如 何改进。步骤24选取多点，多区域测量，以得出污染成分的空间分布。 步骤25测量得出的结果分析整理，形成报告，提交相应部门，为政府的相关决策提供数据支撑。
权利要求
1、一种宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，其特征在于，它包括一辐射源。一汇聚遮光装置，与辐射源相连，汇聚辐射源发出的光，并遮挡杂散光。一宽带增强腔，与汇聚遮光装置相连，光从一侧进入，在腔体内反射、吸收和增强，从另一侧射出。一滤波汇聚装置，与宽带增强腔相连，滤除无关波段的光，去除杂光，将通过的光汇聚到一点；和一检测器，与滤波汇聚装置相连，接收汇聚的光，分析得出被吸收气体的组分。
2、 根据权利要求l所述的宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，其特征 在于，所述辐射源由白光源和光孔顺序同光轴排列组成。
3、 根据权利要求l所述的宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，其特征 在于，所述汇聚遮光装置由凸透镜和光闹组成。
4、 根据权利要求l所述的宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，其特征 在于，所述宽带增强腔由两面高反镜组成，宽带增强腔可以封闭，也可以开放。
5、 根据权利要求l所述的宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，其特征 在于，所述滤波汇聚装置由滤波片、单色仪和凸透镜顺序同光轴排列组成。
6、 根据权利要求l所述的宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，其特征在于，所述检测器为光谱仪。
全文摘要
本发明公开了一种宽带腔增强吸收光谱大气环境光电监测系统，它主要由辐射源、汇聚遮光装置、宽带增强腔、滤波汇聚装置和检测器顺序连接组成。本发明利用高反射镜构成增强腔延长光程，显著提高检测灵敏度的同时，在小空间范围内实现开放式在线检测，并且可以实时检测一种或多种痕量气体组分浓度，同时排除不同组分间互相干扰影响。
文档编号G01N21/31GK101281124SQ20081006234
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月19日 优先权日2008年5月19日
发明者立 戴, 朱吉牧, 军 陈 申请人:陈 军;戴 立;朱吉牧