一種光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統的製作方法
2023-07-17 12:10:41
專利名稱：一種光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汙染氣體監測儀，具體是指光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統。
背景技術：
隨著社會經濟的迅速發展，自然過程尤其是人類活動排放的大量汙染氣體進入了人們賴以生存的大氣圈，嚴重威脅生態系統及人類健康。差分吸收光譜技術(DOAS)利用光在大氣中傳輸時各種氣體分子在不同波段對光有不同的特徵吸收，實現對大氣中痕量氣體進行精確測量。具有測量範圍廣、靈敏度高，非接觸連續在線監測的優點，被廣泛地應用於痕量氣體監測以及汙染源在線監測領域。現有技術中，常用的DOAS系統結構較為複雜，光線多次折返，並受鏡面遮擋，光譜利用率不高。校準時需使用機械擋板。
實用新型內容本實用新型提供一種光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，易於拆裝，結構緊湊，光譜利用率高。為了實現上述目的，本實用新型提供以下技術方案一種光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其包括氙燈光源、發射接收望遠鏡、角反射器、光譜儀、數據處理系統、發射光纖、接收光纖、第一光開關、第二光開關和樣品盒，其中所述氙燈光源置於燈座中，發射光纖埠連接至燈座出光口處，光源所發出的光束被耦合到所述發射光纖，所述發射光纖至少被分為第一束光纖和第二束光纖，所述第一束光纖連接所述第一光開關，所述第二束光纖連接所述發射接收望遠鏡；經過所述第一束光纖的發出光束為第二光束，經過所述第二束光纖的發出光束為第一光束；第二光束穿過光開關後作為本底光譜進入接收光纖，第一光束經所述發射接收望遠鏡的平面鏡反射後進行發射、再經角反射器反射後由所述發射接收望遠鏡接收並耦合到所述接收光纖；所述接收光纖穿過第二光開關和樣品盒後與光譜儀相連，所述接收光纖將所述第一光束和第二光束進行稱合後形成第三光束，所述第三光束被所述光譜儀接收，所述光譜儀對所述第三光束的光譜進行監測；所述數據處理系統根據所述監測的結果獲得汙染氣體含量信息。優選地，所述發射接收望遠鏡包括平面鏡和橢球面鏡，所述平面鏡與橢球面鏡為一體結構，通過支架與望遠鏡邊緣連接並固定於中心軸位置。其中平面鏡的平面與所述發射接收望遠鏡的中心軸夾角為45°，橢球面鏡的中心軸與望遠鏡的中心軸夾角為0°。優選地，所述發射光纖被分為第一束光纖和第二束光纖，所述第一束光纖和第二束光纖的分束比為I: 9,所述發射光纖的公共端與氣燈光源相連。優選地，所述接收光纖被分為第三束光纖和第四束光纖，所述第三束光纖和第四束光纖的分束比為I: 1，所述接收光纖的第三束光纖穿過樣品盒和第二光開關連接所述發射接收望遠鏡；所述接收光纖的第四束光纖連接所述第一光開關，所述第四束光纖接收經過所述發射光纖傳入的本底光譜，所述接收光纖公共端與光譜儀相連。優選地，所述樣品盒在校準時注入樣品氣體。通過實施以上技術方案，具有以下技術效果本實用新型提供的光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其光纖連接易於拆裝 ，結構緊湊。光開關控制，校準無需機械遮擋板，光束經一次反射後直接發射，有效避免了現有技術中的DOAS系統光束傳輸過程中鏡面遮擋造成的損耗，從而提高了光譜利用率。
圖I為本實用新型提供的光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統的結構原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本實用新型實施例提供一種光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，如圖I所示，其包括氙燈光源11、發射接收望遠鏡、角反射器24、光譜儀41、數據處理系統51，該光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統還包括發射光纖31、接收光纖32、第一光開關33、第二光開關34和樣品盒35。所述光譜測量系統中的氙燈光源11置於燈座中，發射光纖的埠連接至燈座出光口處，光源所發出的光束被耦合到發射光纖31，發射光纖31至少被分為第一束光纖和第二束光纖，所述第一束光纖連接所述第一光開關33，所述第二束光纖連接所述發射接收望遠鏡；該氣燈光源11所發出的光束被該第一束光纖和第二束光纖分為兩部分，其中經過第二束光纖發射出來的光束為第一光束，該第一光束導入接收發射望遠鏡的入光口 21，經過第一束光纖發射出來的光束為第二光束，該第二光束穿過第一光開關33後作為本底光譜進入接收光纖32，導入所述發射接收望遠鏡的入光口 21中的第一光束經望遠鏡的平面鏡22反射後進行發射、再經該望遠鏡的角反射器24反射後，再經過望遠鏡的剖面反射鏡23後再由望遠鏡的橢球面鏡25接收並耦合到接收光纖32，接收光纖32連接所述望遠鏡，接收光纖32穿過第二光開關34和樣品盒35後與光譜儀41相連，所述接收光纖32將所述第一光束和第二光束進行耦合後形成第三光束，所述第三光束被所述光譜儀41接收，所述光譜儀41對所述第三光束的光譜進行監測；在光譜儀41完成所述第三光束的光譜監測後，所述數據處理系統51根據所述監測的結果獲得汙染氣體含量信息。所述數據處理系統51連接所述光譜儀41。在上述實施例中，更為具體的，所述望遠鏡的平面鏡22與橢球面鏡25為一體結構，通過支架與望遠鏡邊緣連接並固定於中心軸位置。其中平面鏡22的平面與望遠鏡23的中心軸夾角為45°，橢球面鏡中心軸與望遠鏡中心軸夾角為0°。現有技術中的望遠鏡的平面鏡與橢球面鏡是分離的兩部分，平面鏡將光反射到望遠鏡拋物面鏡面後，射入大氣。而在本實用新型的實施例中，光束經該平面鏡直接射入大氣，使得平面鏡與橢球面鏡合為一體化，簡化結構，減小光強損耗。在上述實施例中，優選地,所述發射光纖31被分為第一束光纖和第二束光纖,所述第一束光纖和第二束光纖的分束比為I: 9,所述發射光纖31的公共端與氣燈光源11相連。在其他實施例中，所述第一束光纖和第二束光纖也可以為其他的分束比。發射光纖中兩分光纖分束比為1:9是因為測燈譜不需要很強的光，有一定的分光即可，而進入望遠鏡發射的部分光束強度應足夠大，以保證測量結果的有效性。在上述實施例中，優選地,所述接收光纖32為一分二光纖,包括第三束光束和第四束光纖，該第三束光束和第四束光纖得分束比為I: I，所述接收光纖32的第三 束光纖穿過樣品盒35和第二光開關34連接發射接收望遠鏡，接收光纖32的第四束光纖連接第一光開關33，接收發射光纖31傳入的本底光譜，接收光纖32公共端與光譜儀41相連。接收光纖32為一分二光纖可以簡化器件結構，可通過光開關簡單且方便的控制本底光譜與實測光譜的切換，而在現有技術提供的DOAS系統中，要實現這本底光譜與實測光譜的切換，需要使用機械擋板，或改變器件和光路結構。接收光纖中兩份光纖分束比為1:1，可以避免光強二次損耗。在上述實施例中，優選地，所述樣品盒35隻有在校準時注入樣品氣體。測量開始，第一光開關33開啟，第二光開關34關閉，氙燈光源11出射光束的1/10經發射光纖31、第一光開關33、接收光纖32引入光譜儀41,得到氣燈本底光譜。氣燈光源11關閉，第一光開關33關閉，第二光開關34開啟，由光譜儀41獲得背景譜。光開關33關閉，第二光開關34開啟，氙燈光源11出射光束的9/10經望遠鏡21、22、23及角反射器14作用後，包含有汙染氣體吸收光譜信息的光束被耦合進接收光纖32，進而導入光譜儀41完成光譜分析，最後結合燈譜、背景譜，通過數據處理系統51獲得汙染氣體含量信息，從而完成整個測量過程。上述實施例提供的光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，光纖連接易於拆裝，結構緊湊。光開關控制，校準無需機械遮擋板，進行背景譜、燈譜測量及校準時無需調整硬體結構，通過光開關可自動控制。光束經一次反射後直接發射，有效避免了現有技術中的DOAS系統光束傳輸過程中鏡面遮擋造成的損耗，從而提高了光譜利用率。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其特徵在於，包括 氙燈光源、發射接收望遠鏡、角反射器、光譜儀、數據處理系統、發射光纖、接收光纖、第一光開關、第二光開關和樣品盒，其中 所述氙燈光源置於燈座中，發射光纖埠連接至燈座出光口處，氙燈光源所發出的光束被耦合到所述發射光纖，所述發射光纖至少被分為第一束光纖和第二束光纖，所述第一束光纖連接所述第一光開關，所述第二束光纖連接所述發射接收望遠鏡； 經過所述第一束光纖的發出光束為第二光束，經過所述第二束光纖的發出光束為第一光束； 第二光束穿過第一光開關後作為本底光譜進入接收光纖，第一光束經所述發射接收望遠鏡的平面鏡反射後進行發射、再經角反射器反射後由所述發射接收望遠鏡接收並耦合到所述接收光纖； 所述接收光纖穿過第二光開關和樣品盒後與光譜儀相連，所述接收光纖將所述第一光束和第二光束進行耦合後形成第三光束，所述第三光束被所述光譜儀接收，所述光譜儀對所述第三光束的光譜進行監測； 所述數據處理系統根據所述監測的結果獲得汙染氣體含量信息。
2.如權利要求I所述光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其特徵在於，所述發射接收望遠鏡包括平面鏡和橢球面鏡，所述平面鏡與橢球面鏡為一體結構，通過支架與望遠鏡邊緣連接並固定於中心軸位置，其中平面鏡的平面與所述發射接收望遠鏡的中心軸夾角為45°，橢球面鏡的中心軸與望遠鏡的中心軸夾角為0°。
3.如權利要求I所述光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其特徵在於，所述發射光纖被分為第一束光纖和第二束光纖，所述第一束光纖和第二束光纖的分束比為I: 9，所述發射光纖的公共端與氙燈光源相連。
4.如權利要求I或2所述光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其特徵在於，所述接收光纖被分為第三束光纖和第四束光纖，所述第三束光纖和第四束光纖的分束比為I 1，所述接收光纖的第三束光纖穿過樣品盒和第二光開關連接所述發射接收望遠鏡；所述接收光纖的第四束光纖連接所述第一光開關，所述第四束光纖接收經過所述發射光纖傳入的本底光譜，所述接收光纖公共端與光譜儀相連。
5.如權利要求I所述光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其特徵在於，所述樣品盒在校準時注入樣品氣體。
專利摘要本實用新型提供一種光纖結構汙染氣體差分吸收光譜測量系統，其特徵在於，包括氙燈光源置於燈座中，其所發出的光束被耦合到連接燈座的發射光纖，發射光纖的第一束光纖連接第一光開關，第二束光纖連接發射接收望遠鏡；第二光束穿過光開關後作為本底光譜進入接收光纖，第一光束經發射接收望遠鏡的平面鏡反射後進行發射、再經角反射器反射後由發射接收望遠鏡接收並耦合到接收光纖；接收光纖穿過第二光開關和樣品盒後與光譜儀相連，接收光纖將第一光束和第二光束進行耦合後形成第三光束，第三光束被光譜儀接收，光譜儀對第三光束的光譜進行監測；數據處理系統根據監測的結果獲得汙染氣體含量信息。本系統易於拆裝，結構緊湊，光譜利用率高。
文檔編號G01N21/15GK202583062SQ201220231268
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者孫東松, 楊少辰, 徐文靜 申請人:楊少辰