專利名稱：多軸差分吸收光譜儀標定系統及方法
技術領域：
本發明屬于環境監測領域，具體是一種多軸差分吸收光譜儀標定系統及方法。
背景技術：
現有技術中多軸差分吸收光譜儀系統結構如圖1所示，該系統由棱鏡、望遠鏡、遮光板及其驅動裝置、電機及溫度控制電路板、光纖、光譜儀與控制計算機等組成。棱鏡將散射光導入接收望遠鏡中，接收望遠鏡將散射光匯聚到光纖中，驅動電機帶動棱鏡旋轉將不同角度的散射光導入接收望遠鏡中，而遮光板的功能為控制光路的通斷，實現對背景的測量。進入望遠鏡的散射光在完成色散、采集與數字化通過USB線傳導到計算機中存儲、計算，最終實現對大氣痕量氣體垂直柱濃度及廓線的解析。該系統缺少光譜定標裝置，無法檢測出由于光譜儀溫度等變化造成的光譜漂移(光譜儀溫度變化1度就會造成光譜儀光譜漂移)；缺少鹵鎢燈等連續光源，無法檢測探測器像元好壞。而光譜的漂移及探測器像元損壞都會對最終的計算結果帶來誤差。該系統缺少標準氣體校準裝置，無法實時的實現對測量結果的校準。
發明內容
本發明的目的是為了解決目前多軸差分吸收光譜系統存在的問題，提高測量精度。發明了差分吸收光譜儀標定系統，該系統增加標準燈組件與標準氣體校準池組件，為系統提供光譜校準、探測器壞像元檢測以及標準氣體校準，提高儀器測量精度。本發明技術方案如下
多軸差分吸收光譜儀標定系統，包括有望遠鏡，望遠鏡后端的接收的后向散射光通過光纖接入光譜儀，其特征在于所述的望遠鏡鏡筒中部設有前、后二個孔，所述的前、后二孔內分別設有可切入或者轉出的標準燈組件與標準氣體校準池組件，標準燈組件包括有第一基板，第一基板上二個通孔內分別安裝有汞燈、商鎢燈；標準氣體校準池組件包括有第二基板，第二基板上二個通孔內分別安裝有二氧化硫標準氣體吸收池、二氧化氮標準氣體吸收池。所述的多軸差分吸收光譜儀標定系統，其特征在于所述的標準燈組件與標準氣體校準池組件的基板下端分別固定連接有轉軸，由步進電機驅動翻轉，分別實現標準燈組件與標準氣體校準池組件從望遠鏡鏡筒的前、后孔中切入與轉出。所述的多軸差分吸收光譜儀標定系統，其特征在于所述的基板均為扇形板。多軸差分吸收光譜儀標定方法，其特征在于分為光譜標定校準與氣體校準兩種類型，分別使用標準燈組件與標準氣體組件；
當光譜校準時，標準燈組件轉入望遠鏡鏡筒中，利用汞燈的特征發射譜線進行光譜標定，利用連續光源鹵鎢燈檢測探測器有無壞像元；通過了解探測器上是否顯示鹵鎢燈的光信號來進行檢測有無壞像元。氣體標準時，利用濃度已知的二氧化氮標準氣體池與二氧化硫標準氣體池對系統進行校準，本發明系統測量該標 準樣品池會得到一個結果，將該結果與已知濃度進行比較， 得到校準系數，完成氣體校準。本發明的主要特點在于
1、發明標準燈組件，實現系統光譜校準及探測器壞像元檢測；
2、發明標準氣體校準池組件，實現系統標準氣體校準；
3、提高了儀器測量精度。
圖1現有技術多軸差分吸收光譜儀結構示意圖。圖2為本發明多軸差分吸收光譜儀標定系統原理框圖。圖中標號
1、望遠鏡，2、光纖，3、標準燈組件，4、標準氣體校準池組件，5、第一步進電機，6、第二步進電機，7、汞燈，8、鹵鎢燈，9、二氧化硫標準氣體池，10，二氧化氮標準氣體池。
具體實施例方式參見圖2，多軸差分吸收光譜儀標定系統，包括有望遠鏡1，望遠鏡1后端接收的后向散射光通過光纖2接入光譜儀，望遠鏡1鏡筒中部設有前、后二個孔，所述的前、后二孔內分別設有可轉動抽插的標準燈組件3與標準氣體校準池組件4，標準燈組件3包括有第一基板(為一定厚度扇形結構鋁板)，第一基板上二個矩形孔內分別安裝有筆形汞燈7、鹵鎢燈 8 ；標準氣體校準池組件4包括有第二基板(為一定厚度扇形結構鋁板)，第二基板上二個圓形孔內分別安裝有二氧化硫標準氣體吸收池9、二氧化氮標準氣體吸收池10。第一、第二基板下端分別固定連接有轉軸，分別由第一、第二步進電機5、6驅動翻轉，分別實現標準燈組件3與標準氣體校準池組件4從望遠鏡1鏡筒的前、后孔中切入與轉出。正常測量時，標準燈組件3與標準氣體校準池組件4處于打開位置，轉離望遠鏡 1 ；
當光譜校準時，標準燈組件3轉入望遠鏡1鏡筒中，并使汞燈7處于光路上，點亮汞燈 7，用汞燈7對儀器進行光譜定標，此時標準氣體校準池組件4處于離開望遠鏡1的位置；
當探測器壞像元檢測時，標準燈組件3轉入望遠鏡中，并使鹵鎢燈8處于光路上，點亮鹵鎢燈8，用商鎢燈8對儀器進行壞像元檢測，此時標準氣體校準池組件4處于離開望遠鏡 1的位置；
當進行二氧化氮標準氣體校準時，標準氣體校準池組件4轉入望遠鏡1鏡筒中，使二氧化氮標準氣體池10處于光路上，入射光通過二氧化氮氣體進入光纖2，導入到光譜儀，數字化通過USB線傳導到計算機中存儲、計算，將計算得到的二氧化氮氣體濃度與二氧化氮標準氣體池10濃度進行對比，完成二氧化氮標準氣體校準。此時標準燈組件3處于離開望遠鏡的位置；
當進行二氧化硫標準氣體校準時，標準氣體校準池組件4轉入望遠鏡中，使二氧化硫標準氣體池9處于光路上，入射光通過二氧化硫氣體進入光纖2，導入到光譜儀，數字化通過USB 線傳導到計算機中存儲、計算，將計算得到的二氧化硫氣體濃度與二氧化硫標準氣體池9濃度進行對比，完成二氧化硫標準氣體校準。此時標準燈組件3處于離開望遠鏡的位置。
權利要求
1.多軸差分吸收光譜儀標定系統，包括有望遠鏡，望遠鏡后端的接收的后向散射光通過光纖接入光譜儀，其特征在于所述的望遠鏡鏡筒中部設有前、后二個孔，所述的前、后二孔內分別設有可切入或者轉出的標準燈組件與標準氣體校準池組件，標準燈組件包括有第一基板，第一基板上二個通孔內分別安裝有汞燈、商鎢燈；標準氣體校準池組件包括有第二基板，第二基板上二個通孔內分別安裝有二氧化硫標準氣體吸收池、二氧化氮標準氣體吸收池。
2.根據權利要求1所述的多軸差分吸收光譜儀標定系統，其特征在于所述的標準燈組件與標準氣體校準池組件的基板下端分別固定連接有轉軸，由步進電機驅動翻轉，分別實現標準燈組件與標準氣體校準池組件從望遠鏡鏡筒的前、后孔中切入與轉出。
3.根據權利要求1所述的多軸差分吸收光譜儀標定系統，其特征在于所述的基板均為扇形板。
4.多軸差分吸收光譜儀標定方法，其特征在于分為光譜標定校準與氣體校準兩種類型，分別使用標準燈組件與標準氣體組件；當光譜校準時，標準燈組件轉入望遠鏡鏡筒中，利用汞燈的特征發射譜線進行光譜標定，利用連續光源鹵鎢燈檢測探測器有無壞像元；氣體標準時，利用濃度已知的二氧化氮標準氣體池與二氧化硫標準氣體池對系統進行校準，本系統測量該標準樣品池會得到一個結果，將該結果與已知濃度進行比較，得到校準系數，完成氣體校準。
全文摘要
本發明公開了一種多軸差分吸收光譜儀標定系統及方法，包括有望遠鏡，望遠鏡后端的接收的后向散射光通過光纖接入光譜儀，其特征在于所述的望遠鏡鏡筒中部設有前、后二個孔，所述的前、后二孔內分別設有可抽插的標準燈組件與標準氣體校準池組件，標準燈組件包括有第一基板，第一基板上二個通孔內分別安裝有汞燈、鹵鎢燈；標準氣體校準池組件包括有第二基板，第二基板上二個通孔內分別安裝有二氧化硫標準氣體吸收池、二氧化氮標準氣體吸收池。本發明解決了目前多軸差分吸收光譜系統存在的兩個問題，為系統提供光譜校準、探測器壞像元檢測以及標準氣體校準，提高了儀器測量精度。
文檔編號G01N21/31GK102323231SQ201110238298
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者劉宇, 劉文清, 司福祺, 周海金, 方武, 王亞平, 竇科, 謝品華 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所