利用光-热法测量大气气溶胶吸收系数的新方法

摘要

本发明公开了一种利用光-热法测量大气气溶胶吸收系数的新方法，基于光与粒子相互作用，粒子吸收光产生热效应，粒子散射光不产生热量等特点，某一波长的光在充满气溶胶的绝热玻璃管中传输，气溶胶粒子对光的吸收效应可以通过玻璃管内的温度传感器测量得到；本发明直接测量粒子对光的吸收效应，测量过程中不改变粒子的悬浮状态，测量中有效扣除了空气分子吸收的干扰，可以对大气气溶胶进行连续的实时在线测量，为气象环保部门的定量化监测，为研究气溶胶的微物理特性，都展示了很好的应用前景。

主权项

利用光‑热法测量大气气溶胶吸收系数的新方法，其特征在于：包括绝热玻璃管，所述的玻璃管内外壁间有一真空带，玻璃管被一个真空绝热箱包围，玻璃管设有气溶胶入口、出口和光束入口，所述气溶胶入、出口分别位于玻璃管的两端且均垂直于玻璃管，气溶胶入口设有气阀和过滤器，气溶胶出口设有抽气泵；所述玻璃管的两端分别设有一个凹面镜，玻璃管的其中一端作为光束入口，光束入口设有激光器作为光源，激光器与光束入口之间的光路上设有平行光管、分光镜，激光器发射出的光束经过平行光管使光束准直，再通过分光镜产生两束准直光束，分别作为参考光和入射光；所述的参考光全部能量进入光电探测器，转化为对应的电信号，所述的玻璃管内放置高灵敏度的温度传感器，所述的入射光进入玻璃管并在玻璃管内与气溶胶粒子相互作用，使周围温度产生微小变化，光电探测器、温度传感器的电信号输出端接入带AD转换器的单片机，单片机还控制连接激光器、气阀、抽气泵，单片机通过连接的USB接口连接计算机，具体测量过程包括以下步骤：（1）在玻璃管的气溶胶入口装上过滤器，让波长为λ的入射光进入玻璃管，通过没有气溶胶的干净大气传输，并记录温度传感器检测的温度变化信息T1，同时波长为λ的参考光直接进入光电探测器，记录光电探测器检测对应的光强I1，把信息反馈给单片机，单片机控制调整激光器电源，使光电探测器检测对应的光强一直稳定在I1处，确保入射光的稳定； （2）拿掉玻璃管的气溶胶入口的过滤器，让气溶胶均匀进入玻璃管内，开启玻璃管的气溶胶出口的抽气泵，使气溶胶粒子在玻璃管内均匀分布，然后关闭抽气泵和气溶胶入口的气阀，开启入射光电源，让激光穿过待测大气气溶胶，激光与粒子相互作用，气溶胶粒子的散射光透光玻璃管壁消耗在真空绝热箱中，气溶胶粒子的吸收转化为分子热运动使玻璃管内的温度升高，并记录温度传感器检测的温度变化信息T2；（3）步骤（1）、（2）中，温度传感器检测到的温度变化分别转化为数字信号并经过单片机处理后接入计算机，计算机内部软件建立了气溶胶吸收系数测量公式： β abs = T 2 - T 1 T 0 β abs ( C ) 其中T0为测量系统事先标定出的，在相同实验条件下，充入已知吸收系数（βabs(c)）碳气溶胶的温度变化， 由此，计算得出待测气溶胶的吸收系数βabs。