一種長光程大氣監測儀的製作方法
2023-08-06 07:19:56
專利名稱：一種長光程大氣監測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是 一 種環境測試技術，特別涉及的是 一 種對大氣氣體 成分和含量進行檢測的氣體分析儀器。
背景技術：
對於長光程DOAS ( Differential Optical Absorption Spectroscopy )技術來說， 其主要是利用空氣中的痕量汙染成分對紫外線及可見光波段的吸收特徵來進行定 性定量分析。它可以同時監測多種痕量氣體成分，測量範圍可以從IOO米到數千 米，具有較高靈敏度。通常對於長光程DOAS技術的應用是通過利用設置於高層建築上的發射器產 生光輻射，通過望遠鏡系統準直傳輸到大氣路徑，在另一端(50—200米)安裝 一個角反射鏡將其反射回來。經過大氣路徑反射回來的光線經光鐠儀處理，得到 輻射光譜與燈的光譜相比較得到它們的不同而確定大氣中的氣體成分。由於每個 氣體都有自己的特徵吸收光語，分析光譜的變化就可以確定吸收氣體及氣體的濃 度。但是對於現有的長光程大氣測試儀器在監測空氣中氣體濃度時存在以下不足 之處首先長光程大氣測試儀的選點、安裝，因為在安裝時發射器必須在一棟高 層建築上選一個點，在相距IOO米外為接收器選另一點，中間需避開障礙物，但 是往往在儀器安裝使用一段時間後，在兩點間可能產生新的障礙物，這就存在第 二次選點的問題；其次由於這種遠距離的選點設置不利於對長光程大氣測試儀進行維修，花費 人力和時間，效率差。為克服上述缺陷，本實用新型創作者經過長期的研究和試驗終於獲得了本創作。發明內容本實用新型的目的在於，提供一種長光程大氣監測儀，用以克服上述缺陷。
為實現上述目的本實用新型採用的技術方案在於，首先提供一種長光程大氣 監測儀，其為開放式，包括光學產生部分和信號處理部分，所述的光學產生部分 包括發射器，在與所述的發射器發射光線的光路上設置有一第一平面反射鏡， 經過第 一平面鏡發射後光線的光路上設置有一第 一 凹面鏡，在所述的第 一 凹面鏡 反射後光線的光路上設置有一第二凹面鏡，在所述的第二凹面鏡反射後光線的光 路上設置有一第三凹面鏡， 一第四凹面鏡設置於所述第三凹面鏡反射光線的光路 上，在所述的第四凹面鏡反射後光線的光路上設置有一接收器；
所述的信號處理部分包括，依序連接的光纖、光譜儀、掃描儀、光電探測器 以及一計算機，所述的光纖的輸入端與所述的接收器相連接；
較佳的，還包括位置調整單元包括光學支架、旋轉機構以及動力裝置，所 述的光學產生部分設置在所述的光學支架上，所述的旋轉機構的輸出端與所述的 光學支架相固接，使所述的光學支架產生旋轉，所述的旋轉機構的輸入端與所述 的動力裝置的輸入端相連接，為所述的旋轉機構提供動力；
較佳的，所述的光學產生部分分為第一光學組件，其是由所述的第一凹面 鏡、第三凹面鏡組成；
第二光學組件，其是由所述的發射器、第二凹面鏡、第四凹面鏡以及接收器 組成，所述的第一光學組件以及所述的第二光學組件分別設置於所述的光學支架 的兩端，所述的第一光學組件與所述的第二光學組件之間的距離為0.3米至20米 之間；
較佳的，所述的旋轉機構包括旋轉軸、軸承以及齒輪傳動機構，所述的齒 輪傳動機構包括主動齒輪和從動齒輪，所述的從動齒輪固設在所述的旋轉軸上， 並與所述的主動齒輪相嚙合，所述的軸承套在所述的旋轉軸上，所述的旋轉機構 的輸入端為旋轉軸的輸出端；
較佳的，還包括變速箱，所述的變速箱的輸出軸與所述的主動齒輪相連接， 所述的變速箱的輸入端與所述的動力裝置的輸出端相連接；
較佳的，還包括風向儀，所述的風向儀與所述的計算機相連接，所述的計算 機與所述的動力裝置的控制端相連接，所述的動力裝置為電機；
較佳的，還包括第一透鏡，其設置於所述的發射器與所述的第一平面反射鏡之間；
較佳的，所述的第一凹面鏡、第二凹面鏡、第三凹面4免和第四凹面鏡的曲率
半徑在20釐米至500釐米之間；
較佳的，所述第 一平面反射鏡和各凹面鏡使用材料為石英或紫外光學石英玻 璃材料，其反射面鍍金或銀，同時鍍保護膜；
其次提供一種長光程大氣監測儀，其為封閉式，包括光學產生部分和信號處 理部分，其中，所述的光學產生部分設置在一封閉體內，所述的封閉體具有一被 測氣體入口以及一#:測氣體出口 ；
所述的光學產生部分包括發射器，其位於所述封閉體外側的，在所述的封 閉體的側壁上相對應的設置有複數個稜鏡，其中一第一稜鏡，接收所述發射器發 出的光線，在透過第一稜鏡光線的光路上設置有一第二稜鏡，在所述的第二稜鏡 全反射後光線的光路上設置有一第三稜鏡，在所述的第三稜鏡全反射後光線的光 路上設置有 一 第四稜鏡，在所述的第三稜鏡全反射後光線的光路上設置有 一第四 稜鏡，直至第2k- 1稜鏡全反射後光線的光路上設置有第2k稜鏡，在所述的封閉 體外側設有一光電接收器接收透過第2k稜鏡的光線，其中，k為自然數，且大於 等於2;
所述的信號處理部分包括，依序連接的光纖、光譜儀、掃描儀、光電探測器 以及一處理器，所述的光纖的輸入端與所述的光電接收器相連； 較佳的，所述的封閉體內設有潔淨的空氣幕。
與現有技術比較本實用新型的有益效果在於，本實用新型由一體化光學系統 代替了原來兩個分散的光學系統，使整個系統的壽命得到了大幅提高，由於採用 了計算機控制該系統轉動使得測量值更真實；
由於該光學系統採用 一體化設計，克服傳統的光學系統所產生光對周圍環境 的影響，從使用維護方面來看，安裝只在一個位置進行，調試簡單化，維護方便;
由於採用了上述技術，本實用新型結構簡單，使用壽命長，檢測精度高，可 用於在線檢測。
圖l為本實用新型長光程大氣監測儀較佳實施例一的結構簡圖2為本實用新型長光程大氣監測儀較佳實例一的光學產生部分的結構簡圖3為本實用新型長光程大氣監測儀較佳實例二的結構簡圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術特徵和優點作更詳細的說明。
請參閱圖l所示，本實用新型長光程大氣監測儀的結構簡圖，包括光學產生 部分和信號處理部分，所述的光學產生部分用以產生足夠光程的光路，其包括第 一光學組件11以及第二光學組件12,所述的信號處理部分對接收到光線的物理 特徵進行分析，得出大氣環境狀況，所述的信號處理部分包括，依序連接的光纖 21、光譜儀22、掃描儀23、光電探測器24以及計算機25;
還包括還包括位置調整單元包括 一光學支架31、 一旋轉機構以及一動力 裝置，所述的光學產生部分設置在所述的光學支架31上，所述的旋轉機構的輸出 端與所述的光學支架31相固接，使所述的光學支架31產生旋轉，所述的旋轉機 構的輸入端與所述的動力裝置的輸出端相連接，為所述的旋轉機構提供動力，其 中，所述的旋轉機構包括旋轉軸321、軸承322以及齒輪傳動機構，所述的齒 輪傳動機構包括主動齒輪3231和從動齒輪3232,所述的從動齒輪3232固設在所 述的旋轉軸321上，並與所述的主動齒輪3231相嚙合，所述的軸承322套在所述 的旋轉軸321上，所述的旋轉機構的輸入端為旋轉軸321的輸出端，還包括一變 速箱34，所述的變速箱34的輸出軸與所述的主動齒輪3231相連接，所述的變速 箱34的輸入端與所述的動力裝置的輸出端相連接，本實用新型還包括一風向儀， 所述的風向儀與所述的計算機25相連接，所述的計算機25與所述的動力裝置的 控制端相連接，所述的動力裝置為電機，計算機25通過風向儀傳來的方向參數來 控制電機帶動位置調整單元中光學支架31轉動方向和轉動角度，使得測量值更接 近真實。
請參閱圖2所示，其為本實用新型長光程大氣監測儀較佳實例一的光學產生 部分的結構簡圖；其為開放式的，所述的光學產生部分包括發射器121其由氙 燈發出紫外光，在與所述的發射器121發射光線的光路上設置有一第一平面反射 鏡122，還包括第一透鏡123，其設置於所述的發射器121與所述的第一平面反射鏡122之間，用以聚光，經過第一平面鏡122發射後光線的光路上設置有一第一 凹面鏡111,在所述的第一凹面鏡111反射後光線的光路上設置有一第二凹面鏡 124，在所述的第二凹面鏡124反射後光線的光路上設置有一笫三凹面鏡112,第 四凹面鏡125設置於所述第三凹面鏡112反射光線的光路上，在所述的第四凹面 鏡125反射後光線的光路上設置有一接收器126,這樣光在第一凹面鏡111、第二 凹面鏡124和第三凹面鏡112之間多次來回反射，使光程達到所需要的值(200 米至IOOO米)，通過第三凹面鏡112將光反射到第四凹面鏡125上，最後通過第 四凹面鏡125將光匯聚到接收器126上，此時該光學系統完成該系統的任務，所 述的信號處理部分2的光纖21的輸入端與所述的接收器126相連接進行處理；所 述的第一凹面鏡111、第二凹面鏡124、第三凹面鏡112和第四凹面鏡125的曲率 半徑在20釐米至500釐米之間，所述第一平面反射鏡122和各凹面鏡使用材料為 石英或紫外光學石英玻璃材料，其反射面鍍金或銀，同時鍍保護膜；其中，所述 的第一光學組件ll，其是由所述的第一凹面鏡111、第三凹面鏡112組成；所述 的第二光學組件12,其是由所述的發射器121、第二凹面鏡124、第四凹面鏡125 以及接收器126組成，所述的第一光學組件11以及所述的第二光學組件12分別 設置於所述的光學支架31的兩端，所述的第一光學組件11與所述的第二光學組 件12之間的距離為0.3米至20米之間；
請參閱圖3所示，其為本實用新型長光程大氣監測儀較佳實例二的結構簡圖， 其為封閉式的，包括光學產生部分1，和信號處理部分2',其中，所述的光學產生 部分l，設置在一封閉體內4，，所述的封閉體4，具有一被測氣體入口 41，以及一被 測氣體出口42'，其內設有潔淨的空氣幕43，；
所述的光學產生部分l，包括 一發射器11，，其為一光源，位於所述封閉體4， 外側的，在所述的封閉體4，的側壁上相對應的設置有複數個稜鏡，其中第一稜鏡 12，，接收所述發射器ll，發出的光線，在透過第一稜鏡12，光線的光路上設置有一 第二稜鏡13，，在所述的第二稜鏡13，全反射後光線的光路上設置有一第三稜鏡 14，，在所述的第三稜鏡14，全反射後光線的光路上設置有一第四稜鏡15，，在所述 的第三稜鏡14，全反射後光線的光路上設置有一第四稜鏡15，，直至第汰-1稜鏡 全反射後光線的光路上設置有第2k稜鏡，在所述的封閉體4外側設有一光電接收 器接收透過第2k稜鏡的光線，在設定的多塊稜鏡來回反射，最終使光程達到所需 要的200米 1000米，其中，k為自然數，且大於等於2， k取值越大，則相對稜鏡之間的距離越近，也就是所述的封閉體4'的長度越小，這裡k如取6，則共需 要12塊稜鏡，即從所述的第一稜鏡至第十二稜鏡；
所述的信號處理部分包括，依序連接的光纖、光譜儀、掃描儀、光電探測器 以及計算機，所述的光纖的輸入端與所述的光電接收器相連。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，對本實用新型而言僅僅是說明性的， 而非限制性的。本專業技術人員理解，在本實用新型權利要求所限定的精神和範 圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本實用新型的保護範圍 內。
權利要求1、一種長光程大氣監測儀，其為開放式，包括光學產生部分和信號處理部分，其特徵在於所述的光學產生部分包括發射器，在與所述的發射器發射光線的光路上設置有一第一平面反射鏡，經過第一平面鏡發射後光線的光路上設置有一第一凹面鏡，在所述的第一凹面鏡反射後光線的光路上設置有一第二凹面鏡，在所述的第二凹面鏡反射後光線的光路上設置有一第三凹面鏡，第四凹面鏡設置於所述第三凹面鏡反射光線的光路上，在所述的第四凹面鏡反射後光線的光路上設置有一接收器；所述的信號處理部分包括，依序連接的光纖、光譜儀、掃描儀、光電探測器以及計算機，所述的輸入端與所述的接收器用光纖相連接。
2、 根據權利要求1所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於還包括位置調整 單元包括光學支架、旋轉機構以及動力裝置，所述的光學產生部分設置在所述 的光學支架上，所述的旋轉機構的輸出端與所述的光學支架相固接，使所述的光 學支架產生旋轉，所述的旋轉機構的輸入端與所述的動力裝置的輸入端相連接， 為所述的旋轉機構提供動力。
3、 根據權利要求2所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於所述的光學產生 部分分為第一光學組件，其是由所述的第一凹面鏡、第三凹面鏡組成；第二光學組件，其是由所述的發射器、第二凹面鏡、第四凹面鏡以及接收器 組成，所述的第一光學組件以及所述的第二光學組件分別設置於所述的光學支架 的兩端，所述的第一光學組件與所述的第二光學組件之間的距離為0.3米至20米 之間。
4、 根據權利要求2所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於所述的旋轉機構 包括旋轉軸、軸承以及齒輪傳動機構，所述的齒輪傳動機構包括主動齒輪和從 動齒輪，所述的從動齒輪固設在所述的旋轉軸上，並與所述的主動齒輪相嚙合， 所述的軸承套在所述的旋轉軸上，所述的旋轉機構的輸入端為旋轉軸的輸出端。
5、 根據權利要求4所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於還包括變速箱， 所述的變速箱的輸出軸與所述的主動齒輪相連接，所述的變速箱的輸入端與所述 的動力裝置的輸出端相連接。
6、 根據權利要求2所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於還包括風向儀， 所述的風向儀與所述的計算機相連接，所述的計算機與所述的動力裝置的控制端相連接，所述的動力裝置為電機。
7、 根據權利要求1所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於還包括第一透鏡， 其設置於所述的發射器與所述的第一平面反射鏡之間。
8、 根據權利要求1所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於所述的第一凹面 鏡、第二凹面鏡、第三凹面鏡和第四凹面鏡的曲率半徑在20釐米至500釐米之間。
9、 根據權利要求1所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於所述第一平面反 射鏡和各凹面鏡使用材料為石英或紫外光學石英玻璃材料，其反射面鍍金或銀， 同時鍍保護膜。
10、 一種長光程大氣監測儀，其為封閉式，包括光學產生部分和信號處理部 分，其特徵在於其中，所述的光學產生部分設置在一封閉體內，所述的封閉體 具有一淨皮測氣體入口以及一淨皮測氣體出口 ；所述的光學產生部分包括發射器，其位於所述封閉體外側的，在所述的封 閉體的側壁上相對應的設置有複數個稜鏡，其中一第一稜鏡，接收所述發射器發 出的光線，在透過第一稜鏡光線的光路上設置有一第二稜鏡，在所述的第二稜鏡 全反射後光線的光路上設置有一第三稜鏡，在所述的第三稜鏡全反射後光線的光 路上設置有一第四稜鏡，在所述的第三稜鏡全反射後光線的光路上設置有一第四 稜鏡，直至第2k- 1稜鏡全反射後光線的光路上設置有第2k稜鏡，在所述的封閉 體外側設有一光電接收器接收透過第2k稜鏡的光線，其中，k為自然數，且大於 等於2;所述的信號處理部分包括，依序連接的光纖、光鐠儀、掃描儀、光電探測器 以及一處理器，所述的輸入端與所述的光電接收器用光纖相連。
11、 根據權利要求IO所述的長光程大氣監測儀，其特徵在於所述的封閉體 內設有潔淨的空氣幕。
專利摘要本實用新型為一種長光程大氣監測儀，其為開放式或為封閉式，包括光學產生部分和信號處理部分，所述的光學產生部分包括發射器、接收器以及之間的用於形成足夠光程的多組凹面鏡或稜鏡，通過光線在凹面鏡之間的反射或是在稜鏡之間的全反射，從而產生足夠的光程；所述的信號處理部分包括，依序連接的光纖、光譜儀、掃描儀、光電探測器以及計算機，所述的輸入端與所述的接收器用光纖相連接。
文檔編號G01N21/31GK201133899SQ20072012536
公開日2008年10月15日 申請日期2007年8月15日 優先權日2007年8月15日
發明者李虹傑, 範新峰 申請人:武漢市天虹儀表有限責任公司