本发明专利技术涉及一种大气气溶胶吸收系数光电测量装置，具体涉及一种采用光热干涉测量大气气溶胶吸收系数的装置。本发明专利技术采用低相干光源作为光源，并采用由分光板、光束调节板、第一、二角反射镜所组成的光学部分，同时采用了参考室和测量室以消除空气不均匀和空气流动的影响；本发明专利技术还使用激光照射测量室中的大气气溶胶产生光热效应，从而导致参考室和测量室中的空气折射率产生差异，本测量装置可测量这种空气折射率差，进而通过数据处理装置计算出大气气溶胶的吸收系数。本装置具有直接测量大气气溶胶吸收系数而不受散射光的影响、精度高、在线等优点，同时结构简单且测量成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大气气溶胶吸收系数光电测量装置，具体涉及一种采用光热干涉测量大气气溶胶吸收系数的装置。
技术介绍
大气气溶胶在吸收地球大气直接和间接辐射强迫及能见度影响中发挥着重要的作用。气溶胶吸收光能量并将电磁能转化成热能，加热吸收性粒子及其周围，从而减少了太阳对地面的辐射能量。吸收性气溶胶的加热会改变局部大气温度，并影响相对湿度、大气环流及稳定性，以及云的运动形成和寿命。常用的大气气溶胶吸收系数的测量方法有基于过滤的方法(如积分片法、PSAP, MAAP等)、消光减散射(又叫差分方法)、遥感方法、光声法、激光诱导的热辐射法等，然而上述测量方法均存在着结构复杂和测量成本高的问题，因此亟待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用光热干涉测量大气气溶胶吸收系数的装置，本装置具有直接测量大气气溶胶吸收系数而不受散射光的影响、精度高、在线等优点，同时结构简单且测量成本低。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案一种采用光热干涉测量大气气溶胶吸收系数的装置，光源所发出的低相干的光通过分光板分成第一光束和第二光束；所述第一光束由分光板处出射至第一角反射镜处，并经第一角反射镜反射后通过测量室，自测量室穿过的第一光束再次被所述分光板分成第三光束和第四光束，所述第三光束出射至第一光电探测器，第四光束出射至第二光电探测器；所述第二光束由分光板处出射至第二角反射镜处，并经第二角反射镜反射后通过参考室，自参考室穿过的第二光束再次被所述分光板分成第五光束和第六光束，所述第五光束出射至第一光电探测器，第六光束出射至第二光电探测器；所述第一光束和/或第二光束的经由路径上设置有用于调整光程的光束调节装置；所述第三光束和第五光束在第一光电探测器中发生干涉并产生干涉条纹，所述第四光束和第六光束在第二光电探测器中发生干涉并产生干涉条纹；所述第一光电探测器和第二光电探测器的输出端均与数据处理装置的输入端相连，所述数据处理装置用于计算出大气气溶胶的吸收系数；所述参考室和测量室中具有相同的大气气溶胶成分；本装置还包括对测量室中的大气进行加热以引起测量室中的空气折射率变化的加热装置。本采用光热干涉测量大气气溶胶吸收系数的装置还可以通过以下方式得以进一步实现所述光源为超辐射发光二极管SLD或发光二极管。所述光束调节装置为光束调节板，且所述第一光束通过光束调节板后出射至第一角反射镜处；所述第二光束通过参考室后，再经由光束调节板出射至分光板处，并被所述分光板分成第五光束和第六光束。所述第二光束通过用于调整光程的光束调节板后出射至第二角反射镜处。所述加热装置包括调制器和半导体激光器，调制器向半导体激光器输出调制信号以激发半导体激光器发出对测量室中的气溶胶进行加热的调制激光。所述分光板为两侧均呈板状或框架结构，且分光板的两侧板面彼此平行；所述分光板的一侧板面也即第一板面的上侧设置为第一透射板面，下侧为反射板面；分光板的另一侧板面也即第二板面的上侧设置为分束板面，下侧为第二透射板面；光源所发出的低相干的光自第一透射板面进入分光板并入射至分束板面处，所述低相干的光经过分束板面分成两部分，一部分为自分束板面穿过的第一光束，另一部分为自分束板面处反射至反射板面处的第二光束，所述第二光束再经过第二透射板面出射至分光板的外侧；自测量室穿过的第一光束经过第二透射板面再次进入分光板并入射至反射板面处，所述第二光束经反射板面反射至分束板面处并被分成第三光束和第四光束，所述第三光束穿过分束板面并出射至第一光电探测器，第四光束自分束板面反射至第一透射板面并出射至第二光电探测器； 自参考室穿过的第二光束出射至分束板面处并被分成第五光束和第六光束，所述第五光束自分束板面反射至第一光电探测器，第六光束依次穿过分束板面和第一透射板面并出射至第二光电探测器。所述光束调节板调节第一光束和第二光束之间的光程差并使得第一光电探测器和/或第二光电探测器工作在本测量装置的最大灵敏度状态。所述光束调节板沿光束前进方向上的截面形状呈矩形；光束调节板自光束的入射侧至光束的出射侧由若干层折射率相异的光学材料拼合而成，且各层光学材料所在的层面彼此平行。所述由半导体激光器发出的调制激光经第一直角棱镜反射后进入测量室，调制激光自测量室穿射后经第二直角棱镜出射至反射镜处，出射至反射镜处的调制激光经反射镜反射回至第二直角棱镜处，并经第二直角棱镜反射再次进入测量室后出射。所述分束板面上设置有振幅型分束膜或偏振型分束膜；所述振幅型分束膜的入射角为45度，所述偏振型分束膜的入射角为56度。所述经第一直角棱镜反射后进入测量室的调制激光与穿设于测量室中的第一光束交汇于测量室的中部。光热干涉法的基本原理是气溶胶吸收光辐射引起气溶胶粒子及其周围空气被加热，从而引起气溶胶粒子周围空气的折射率变化，通过干涉方法测量气溶胶粒子周围空气的折射率，以确定气溶胶吸收系数。低相干干涉与激光干涉的不同之处在于(1)激光干涉采用单色或准单色光源 (相干长度很长)，而低相干干涉采用宽带光源(如超辐射发光二极管、发光二极管等，相干长度较短)。(2) 二者产生的干涉图也有差别，激光干涉产生的干涉图是光程差的余弦函数，没有零级条纹，只能实现相位变化的相对测量；而低相干干涉存在零级条纹，可实现相位变化的绝对测量；C3)激光干涉测量微小相位变化必须采用单稳频激光器，成本高；而低相干干涉则采用廉价的宽带光源，成本低。通过上述可知，与激光干涉法相比，低相干干涉方法具有成本低、可实现相位变化的绝对测量等特点，本专利技术在光热干涉法原理基础上提出采用低相干干涉法实现气溶胶吸收系数的测量，并采用光束位置调节板即光束调节板实现往返光路间距的调整，以达到降低成本目的。本专利技术和现有技术相比具有以下有益效果1)、本专利技术采用低相干光源如SLD、LED等相干长度较低的光源作为测量光源，并采用激光照射测量室中的大气气溶胶，测量室中的大气气溶胶由于吸收激发光源而导致其温度升高，进而导致气溶胶周围的空气加热膨胀，最终导致空气折射率变化，通过采用低相干光源的干涉仪测量空气折射率变化而得到大气气溶胶的吸收系数，从而达到降低测量装置成本的目的。采用低相干光热干涉取代光热激光干涉并不是简单的光源的替换，二者产生的干涉条纹也不同，并导致测量装置的标定以及数据处理方法上都有明显的不同。光热激光干涉法产生的干涉条纹是Acos (2Jid/A)函数，而光热低相干干涉生产的条纹是一个经过调制的cos函数，具有A ( λ ) cos O Ji d/ λ )的形式，如对于SLD光源，具有高斯包络的cos函数。本专利技术中的分光板、光束位置调节板也即光束调节板、第一角反射镜、第二角反射镜组成本装置的光学部分。本专利技术中的光源采用低相干长度的超辐射发光二极管SLD(波长635nm或其它波长)，并采用0. 5W半导体激光器(波长532nm或其它波长)激发出的激光以加热测量室中的大气气溶胶。为实现本装置的高灵敏度探测，本装置采用调制器对半导体激光器进行调制，采用相位敏感的探测方法从干涉图中获取相位变化，并由光热数学模型计算出吸收系数。2)、为了实现大气吸收系数的高灵敏探测，本专利技术采用了光束调节板，而在现有的光热干涉法中，一般采用调整内外两路光束对应的角反射镜的相对位置来实现两路光之间的光程的调节。相比之下本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李保生，李正强，纪峰，陈丽娟，李建权，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。