Cmos環境監測光譜儀的製作方法

2023-10-09 20:40:19

專利名稱：Cmos環境監測光譜儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體監測光譜儀器，即CMOS氣體監測光譜儀。
背景技術：
採用光學方法測量汙染氣體成份和濃度，可使樣品始終保持在氣體狀態，無試劑損耗，維護量小，是當前環境監測的主要趨勢。汙染氣體監測技術可概括為高壓氙燈為光源，由拋物反射鏡準直成平行光出射，通過樣品氣體後由接收端拋物反射鏡將光匯聚，進入分光系統，不同波長光由探測器接收，與入射光譜比較得到吸收光譜信息。吸收光譜包含了大量來自大氣分子、氣溶膠的散射，燈光譜起伏、反射鏡的光譜選擇性等造成的寬光譜結構，通過對吸收光譜進行高階多項式擬合，用原吸收光譜除以多項式擬合曲線獲得吸收分子的特徵差分光譜，去除寬帶成分影響，將差分吸收光譜與實驗室獲得的吸收分子的標準濃度的參考光譜進行擬合，計算出濃度。由於光譜監測方法採用線採樣，有利於對空氣品質的表徵，同時具有多組分監測、操作維護方便、維修費用低等優點。但目前測量系統以點式光電倍增管為探測器，只能採用機械掃描方式對光譜進行逐點探測，一方面增加了儀器成本，降低了系統可靠性，另一方面由於不能同時採集全波段光譜信息，易受大氣擾動影響。
實用新型內容為了解決現有探測技術存在的不足之處，本實用新型提出以新型CMOS陣列探測器為基礎的環境監測光譜儀，採用攝像式光譜採集，無機械掃描部件，成本低、可靠性高；可瞬時攝取全波段光譜信息，受大氣擾動影響小。
本實用新型的技術方案是所述的CMOS環境監測光譜儀，包括兩面相對設置的拋物反射鏡，其中一面拋物反射鏡的焦點處設有光源，其特徵在於另一面拋物反射鏡的焦點處設有光纖，所述光纖連接到一部單色儀上，所述單色儀的接收單元採用CMOS陣列探測器，該探測器與控制計算機連接。
本實用新型的工作原理是所述光源發出的光，由拋物反射鏡準直成平行光出射，由接收端拋物反射鏡將光匯聚耦合進入光纖，通過光纖導入單色儀，單色儀將光纖導入的複合光分解為一系列高純度的單色光，形成出射光譜，由CMOS陣列探測器攝像接收並進行光電信號轉換，然後將產生的數據傳輸到計算機進行處理和存儲，通過與發射光譜，監測氣體光譜比較、分析，確定汙染氣體成分和濃度。
本實用新型的有益效果是與已有技術相比，本實用新型具有以下特點(1)本實用新型通過在系統核心部分——光譜採集部分使用CMOS陣列探測器，從而避免了現有系統中的機械掃描部分，能夠一次性獲取全波段光譜信息。不僅降低了儀器成本，而且可以通過瞬時採集減少大氣擾動影響。(2)可以同時監測多種汙染氣體成分、濃度，測量全部監測路徑平均值。(3)能自動消除系統誤差包括漂離光(stray light)，由軟體實現實時波長定標。本實用新型可廣泛應用在空氣品質、汽車尾氣及汙染源監測等方面。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
參見附圖1，所述的CMOS環境監測光譜儀，包括兩面相對設置的拋物反射鏡1-a、1-b，其中拋物反射鏡1-a的焦點處設有光源2，光源2採用高壓氙燈。另一面拋物反射鏡1-b的焦點處設有光纖3，光纖3連接到單色儀4上，單色儀4的接收單元採用CMOS陣列探測器5，CMOS陣列探測器5與控制計算機6連接。高壓氙燈2發射光經由拋物反射鏡1-a準直成平行光出射，由接收端拋物反射鏡1-b將光匯聚耦合進入光纖3，通過光纖3導入單色儀4，單色儀4將光纖3導入的複合光分解為一系列高純度的單色光，並投射到後方的CMOS陣列探測器5上，由CMOS陣列探測器5攝像接收整個光譜段數據，經計算機6採集後，與發射光譜、監測氣體光譜比較，通過相關光譜分析確定汙染氣體成分和濃度。
本實用新型的主要監測技術指標如下
權利要求1.本實用新型涉及的CMOS氣體監測光譜儀，包括兩面相對設置的拋物反射鏡(1-a、1-b)，其中拋物反射鏡(1-a)的焦點處設有光源(2)，其特徵在於拋物反射鏡(1-b)的焦點處設有光纖(3)，所述光纖(3)與單色儀(4)連接，單色儀(4)的接收單元採用CMOS陣列探測器(5)，CMOS陣列探測器(5)與控制計算機(6)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種氣體監測光譜儀器，即CMOS氣體監測光譜儀，包括兩面相對設置的拋物反射鏡(1－a、1－b)，其中拋物反射鏡(1－a)的焦點處設有光源(2)，其特徵在於拋物反射鏡(1－b)的焦點處設有光纖(3)，所述光纖(3)與單色儀(4)連接，單色儀(4)的接收單元採用CMOS陣列探測器(5)，CMOS陣列探測器(5)與控制計算機(6)連接。本實用新型具有一次性獲取全波段光譜信息的特點，不僅降低了儀器成本，而且可以通過瞬時採集減少大氣擾動影響，可以同時監測多種汙染氣體成分、濃度，測量全部監測路徑平均值，能自動消除系統誤差包括漂離光(stray light)，由軟體實現實時波長定標。本實用新型可廣泛應用在空氣品質、汽車尾氣及汙染源監測等方面。
文檔編號G01N21/31GK2762115SQ20052006831
公開日2006年3月1日 申請日期2005年1月14日 優先權日2005年1月14日
發明者韓亞農, 方紹斌, 黃燁, 季軍, 朱元 申請人:合肥亞太科技發展有限公司