一种光程在线标定式腔增强型大气痕量气体探测系统

摘要

一种光程在线标定式腔增强型大气痕量气体探测系统，由光源、光源驱动、非球面透镜、滤光片、光阑、光学腔、一分二型光纤束、光衰减信号检测装置以及光谱探测器等组成。光源发出的光先经过非球面透镜准直，然后耦合进入由两块高反射率镜组成的光学腔内，并在腔内来回多次发射，以此起到增加吸收光程的作用。从光学腔另一侧透射出去的光，被非球面透镜聚焦到一分二型光纤束的入射端面上，光纤束的一个出射端接光衰减信号检测装置，另一出射端接光谱探测器。光源具有窄脉冲和恒流两种驱动方式，窄脉冲驱动方式用于光衰减信号的测量，以此确定气体测量时的吸收光程；恒流驱动方式用于吸收光谱的测量，以此得到被测大气痕量气体的柱浓度。根据两者测量结果即可得到被测气体的浓度值。

主权项

一种光程在线标定式腔增强型大气痕量气体探测系统，其特征在于包括：光源驱动装置、光源、带通滤光片、第一非球面透镜、第一光阑、光学腔、第二光阑、第二非球面透镜、一分二型光纤束、光谱探测器和光衰减信号检测装置；其中，光学腔由两块高反射率平凹反射镜组装而成，反射膜在凹面，两凹面相对视，光学腔是封闭的，并留有进气孔和出气孔；光源经光源驱动装置驱动后发光，发出的光通过带通滤光片滤去测量波段以外的光后，经过第一非球面透镜准直，并经第一光阑限制孔径后耦合进入光学腔内，光在腔内来回多次发射增加吸收光程，从光学腔另一侧透射出去的光，经第二光阑限制孔径后被第二非球面透镜聚焦到一分二型光纤束的入射端面上，光纤束的一个出射端接光谱探测器，另一出射端接光衰减信号检测装置；所述的光源驱动装置由窄脉冲电流源、恒定电流源和电子开关组成；在电子开关的控制下，选择窄脉冲电流源或恒定电流源驱动光源发光；当采用窄脉冲电流驱动光源发光时，从光学腔透射出去的光强随时间呈衰减变化，此衰减光强由光衰减信号检测装置检测，检测结果反映被测气体的吸收光程；当选择恒定电流驱动时，从光学腔透射出去的光由光谱探测器进行采集，采集结果反映被测气体的柱浓度，将柱浓度除以吸收光程，便得到被测气体的浓度值；由于吸收光程的标定不需要改变测量光路和装置，只需将光源驱动方式切换到窄脉冲电流驱动下即可，所以吸收光程的标定是在线式的。