利用镀膜玻璃管测量大气气溶胶消光系数的新方法

摘要

本发明公开了一种利用镀膜玻璃管测量大气气溶胶消光系数的新方法，包括有镀膜玻璃管、激光光源、光学系统和数据采集系统，其中光在镀膜玻璃管中传输光程长、损耗低，某一波长的光在充满气溶胶的玻璃管中以一定角度在管壁间长距离传输，气溶胶对光的衰减信息可以通过玻璃管两端的探测器测量得到，光在玻璃管内的多次折返大大提高了气溶胶消光的灵敏度。本发明建立了多波长波消光系数的测量公式，基于比值的相对计算方法避免了光电转换过程中因光强波动导致的测量误差，具有原理简单，操作方便，检测速度快的特点。

主权项

利用镀膜玻璃管测量大气气溶胶消光系数的新方法，其特征在于：包括玻璃管，所述的玻璃管内外壁镀有高反射膜，设有气溶胶入口、出口和光束入口、出口，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，气溶胶出口设有抽气泵，所述光束入、出口分别位于玻璃管的两端且均与玻璃管成一定角度的夹角，光束入口设有多个波长的激光二极管作为光源，激光二极管与光束入口之间的光路上设有平行光管、分光镜，激光二极管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光束质量完全相同的准直光束，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一，转化为对应的电信号，光束出口设有光电探测器二，所述的入射光在玻璃管内进行反射后进入光电探测器二，光电探测器一、光电探测器二的电信号输出端接入AD转换器的单片机，单片机还控制连接激光二极管、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的入射光以某一角度进入玻璃管，通过没有气溶胶的干净大气传输，并记录光电探测器二检测的入射光在玻璃管中无气溶胶粒子时的电信号为i2(λ)，同时波长为λ的参考光直接进入光电探测器一，记录光电探测器一检测的波长λ对应的电信号为i1(λ)；（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，用抽气泵进行抽气使气溶胶粒子在玻璃管内均匀流动，让波长为λ的入射光以某一角度进入玻璃管，穿过待测大气气溶胶，气溶胶粒子的散射光光强微弱，经玻璃管内壁反射被消耗掉，气溶胶粒子的吸收转化为分子热运动，入射光被气溶胶粒子散射和吸收后到达光电探测器二转化为相应的电信号，记录此时光电探测器二检测的电信号为i3(λ)；（3）步骤（1）、（2）中，光电探测器一、光电探测器二中检测到的电信号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不同波长的气溶胶消光系数测量公式： β ext ( λ ) = - ln ( i 2 ( λ ) - i 3 ( λ ) i 1 ( λ ) ) / D 其中D为玻璃管中光的光程；由此，计算得出气溶胶在波长为λ上的消光系数βext(λ)。