使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統的製作方法

2023-07-30 23:31:11

專利名稱：使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境監測技術領域，具體是ー種用於監測大氣環境的基於太陽散設光的被動多軸差分吸收光譜儀系統。
背景技術：
被動多軸差分吸收光譜儀(MAX-D0AS)，作為ー種光學遙感儀器，通過測量天頂方向和幾個離軸方向的大氣吸收光譜來獲取大氣中汙染氣體的空間分布，由於其具有安裝簡單、維護方便、精度高等優點，所以應用廣泛；主要用於no2、S&等汙染氣體柱濃度和廓線以及氣溶膠廓線監測。現有的多軸差分吸收光譜儀，主要分為兩種一種是設置多個望遠鏡， 每個望遠鏡對應相應的俯仰角度，多個望遠鏡尾端的光纖合束後將多束太陽散射光導入成像光譜儀的入射狹縫。另ー種是採用一個望遠鏡，通過電機帶動望遠鏡旋轉，掃描各個俯仰角度，望遠鏡尾端的光纖將太陽散射光導入到光譜儀。前者的優點是各個離軸角度和天頂方向太陽散射光同時測量，儀器時間解析度高，缺點是每個角度需要使用ー個望遠鏡，系統機構複雜，特別是離軸角度較多的情況。後者的優點是系統只使用ー個望遠鏡，結構簡単， 易於實現掃描角度的調整，缺點是各個角度需要依次測量，時間解析度差，難以監測到汙染氣體的快速變化，另外電機的使用也降低了系統長期運行的可靠性。大氣的太陽散射光是部分偏振光或偏振光，由於光譜儀中的光柵、反射鏡等元件對不同偏振光的響應度不同，會造成光譜儀測定的光譜不準確。現階段的多軸差分吸收光譜儀未解決該問題。

發明內容
本發明的目的是提供ー種系統結構簡單、時間解析度高、多個觀測角度可以同時準確測量的多軸差分吸收光譜儀。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是
使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，包括有望遠鏡、成像光譜儀，其特徵在於所述的望遠鏡包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡一、凹面反射鏡 ニ，所述的望遠鏡採用長條形視場，所述凹面反射鏡一、凹面反射鏡ニ之間設有消偏器，所述的成像光譜儀包括入射狹縫、準直凹面反射鏡、平面光柵、聚焦凹面反射鏡、探測器，所述的成像光譜儀和望遠鏡連接，所述的成像光譜儀的入射狹縫放置在望遠鏡的焦面處；入射光經望遠鏡的凹面反射鏡ー反射到消偏器，消除偏振態後入射到凹面反射鏡ニ上，凹面反射鏡ニ的反射光聚焦到入射狹縫，經入射狹縫進入成像光譜儀，經準直凹面反射鏡準直，再由平面光柵分光後，通過聚焦凹面反射鏡聚焦到CCD探測器上，所述CCD探測器外接計算機，存儲處理光譜數據。所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在於所述的望遠鏡是離軸兩鏡反射式望遠鏡，望遠鏡的中心光軸和水平面成45°夾角。所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在於所述入射光為長條形視場90° X0. 2°範圍內的天空散射光。所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在於所述的消偏器由兩塊石英光楔構成，所述的石英光楔楔角相同，光軸相互垂直。所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在於所述的成像光譜儀的入射狹縫為針孔狹縫，所述的入射狹縫沿高度方向排列了多個針孔，所述的針孔是矩形孔，針孔的高度位置和各個觀測角度對應，針孔的寬度即長軸長度，對應成像光譜儀的光譜解析度，針孔的短軸長度對應望遠鏡的水平視場。與已有技術相比，本發明的有益效果在於
本發明的系統結構簡單，通過針孔狹縫控制系統的觀測角度，利用簡單的光學結構實現了多個觀測角度的同時測量，提高了觀測的時間解析度，同時消偏器的使用提高了測量的準確性。


圖1是本發明的結構示意圖。圖2是針孔狹縫設計示意圖。圖3是針孔狹縫使用示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，包括有望遠鏡、成像光譜儀，所述的望遠鏡是離軸兩鏡反射式望遠鏡，包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡ー(1)、凹面反射鏡ニ(3)。望遠鏡視場是長條形視場，接收太陽散射光。凹面反射鏡ー(1)、凹面反射鏡ニ(3)之間設有消偏器(2)，由兩塊石英光楔組，石英光楔楔角相同， 光軸相互垂直，用於消除太陽散射光的偏振態，提高系統測量的準確性。所述的成像光譜儀包括入射狹縫(4)、準直凹面反射鏡(5)、平面光柵(6)、聚焦凹面反射鏡(7)、探測器(8)，所述的成像光譜儀和望遠鏡連接，入射針孔狹縫(4)放置在望遠鏡的焦面處。條形視場範圍內的太陽散射光垂直入射到望遠鏡的凹面反射鏡ー(1)，凹面反射鏡ー(1)的反射光經消偏器(2)消除偏振態後入射到凹面反射鏡ニ(3)上，凹面反射鏡ニ (3)的反射光聚焦到入射狹縫(4)，經入射狹縫(4)進入成像光譜儀，經準直凹面反射鏡(5) 準直，再由平面光柵(6)分光後，通過聚焦凹面反射鏡(7)聚焦到C⑶探測器(8)上。CXD探測器(8)外接計算機，存儲處理光譜數據。所述的望遠鏡是離軸兩鏡反射式望遠鏡，望遠鏡的中心光軸和水平面成45°夾角。所述入射光為長條形視場90° *0.2°範圍內的天空散射光。所述的消偏器(2)由兩塊石英光楔構成，所述的石英光楔楔角相同，光軸相互垂直。所述的成像光譜儀的入射狹縫(4)為針孔狹縫，狹縫沿高度方向排列了多個針孔， 所述的針孔是矩形孔，針孔的高度位置和各個觀測角度對應，針孔的寬度即長軸長度，對應成像光譜儀的光譜解析度，針孔的短軸長度對應望遠鏡的水平視場。如圖2所示，為針孔狹縫俯視圖。該狹縫沿高度方向依次加工了五個孔，分別對應的觀測仰角為 5°、10°、20°、30°、90°。如圖3所示，為針孔狹縫使用示意圖。90° *0.2°條形視場範圍內的散射光經望遠鏡聚焦，光束會聚在針孔狹縫位置，形成線光束。其中5°、10°、20°、30°、90°的散射光透過針孔，進入光譜儀分光採集存儲。
權利要求
1.ー種使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，包括有望遠鏡、成像光譜儀， 其特徵在於所述的望遠鏡包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡一、凹面反射鏡ニ，所述的望遠鏡採用長條形視場，所述凹面反射鏡一、凹面反射鏡ニ之間設有消偏器，所述的成像光譜儀包括入射狹縫、準直凹面反射鏡、平面光柵、聚焦凹面反射鏡、探測器，所述的成像光譜儀和望遠鏡連接，所述的成像光譜儀的入射狹縫放置在望遠鏡的焦面處；入射光經望遠鏡的凹面反射鏡ー反射到消偏器，消除偏振態後入射到凹面反射鏡ニ上， 凹面反射鏡ニ的反射光聚焦到入射狹縫，經入射狹縫進入成像光譜儀，經準直凹面反射鏡準直，再由平面光柵分光後，通過聚焦凹面反射鏡聚焦到CCD探測器上，所述CCD探測器外接計算機。
2.根據權利要求1所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在於所述的望遠鏡是離軸兩鏡反射式望遠鏡，望遠鏡的中心光軸和水平面成45°夾角。
3.根據權利要求1所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在幹所述入射光為長條形視場90° X0. 2°範圍內的天空散射光。
4.根據權利要求1所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在於所述的消偏器由兩塊石英光楔構成，所述的石英光楔楔角相同，光軸相互垂直。
5.根據權利要求1所述的使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，其特徵在於所述的成像光譜儀的入射狹縫為針孔狹縫，所述的入射狹縫沿高度方向排列了多個針孔，所述的針孔是矩形孔，針孔的高度位置和各個觀測角度對應，針孔的寬度即長軸長度， 對應成像光譜儀的光譜解析度，針孔的短軸長度對應望遠鏡的水平視場。
全文摘要
本發明公開了一種使用針孔狹縫的被動多軸差分吸收光譜儀系統，包括有望遠鏡、成像光譜儀，望遠鏡包括有兩塊離軸放置的凹面反射鏡，分別為凹面反射鏡一、凹面反射鏡二，凹面反射鏡一、凹面反射鏡二之間設有消偏器，成像光譜儀包括入射針孔狹縫，所述的成像光譜儀和望遠鏡連接，入射針孔狹縫放置在望遠鏡的焦面處；光垂直入射到凹面反射鏡一，反射光經消偏器消除偏振態後入射到凹面反射鏡二上，反射光聚焦到入射針孔狹縫，經針孔狹縫進入成像光譜儀，經準直凹面反射鏡準直，再由平面光柵分光後，通過聚焦凹面反射鏡聚焦到CCD探測器上，所述CCD探測器外接計算機。本發明的系統結構簡單，通過針孔狹縫控制系統的觀測角度，利用簡單的光學結構實現了多個觀測角度的同時測量，提高了觀測的時間解析度，同時消偏器的使用提高了測量的準確性。
文檔編號G01N21/53GK102565003SQ20111043418
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者劉文清, 司福祺, 周海金, 江宇, 謝品華 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所