一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪

摘要

本发明提供一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪，包括：紫外光源部，用于向目标大气发射两束不同波长的紫外光；准直部件，用于将发射的两束紫外光先变成准平行光，再发射到目标大气中；成像系统，作为探测面，其包括成像镜头和带成像芯片的成像相机，所述散射光束在探测面上感光成像为线状，所述成像镜头用于接收散射光线，在视场范围内的侧向散射大气回波信号，在成像芯片上感光成像，即可获得随高度分布的光柱图像；以及成像光谱仪，用于通过提取不同波长的成像光束信息，反演大气污染分子的浓度廓线。本发明，适合臭氧﹑二氧化硫以及二氧化氮立体监测领域需要快速溯源的要求，适合大规模的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染监测技术领域，具体为一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪。

背景技术

目前随之经济和工业的快速发展，生态系统遇到越来越多的环境污染问题。特别城市的经济发展和人口集中，大气环境领域面临许多复杂的污染问题。其中重要的测量和探测研究问题就是臭氧的溯源监测及空间分布特征监测。激光雷达在探测大气污染分子方面得到了越来越广泛的应用。然而目前臭氧差分吸收激光雷系统非常昂贵，复杂运营成本非常高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪，包括：

紫外光源部，用于向目标大气发射两束不同波长的紫外光；

准直部件，用于将发射的两束紫外光先变成准平行光，再发射到目标大气中；

所述发射到目标大气中的两束紫外光受臭氧分子吸收和大气散射作用，产生散射光束；

成像系统，作为探测面，其包括成像镜头和带成像芯片的成像相机，所述散射光束在探测面上感光成像为线状，所述成像镜头用于接收散射光线，在视场范围内的侧向散射大气回波信号，在成像芯片上感光成像，即可获得随高度分布的光柱图像；以及

成像光谱仪，用于通过提取不同波长的成像光束信息，反演大气污染分子的浓度廓线。

优选的，所述成像镜头通过在镜头后采用成像光谱仪，所述不同波长的紫外光束成像在成像芯片上不同位置，所述成像光谱仪通过提取不同波长的成像光束信息，反演大气污染分子的浓度廓线。

优选的，所述准直部件包括准直镜和准直器，所述发射的两束紫外光通过准直镜成光束，再经准直器变成准平行光发射到大气中。

优选的，所述成像系统还包括滤波器和偏振器，所述成像镜头带有光阑，所述滤波器基于滤光片，所述偏振器基于狭缝光栏，所述成像相机基于CCD成像相机，所述成像芯片基于CCD成像芯片。

优选的，还包括采集和时序控制系统，用于控制紫外光源部、成像系统以及成像光谱仪。

优选的，还包括标定光源部，所述标定光源部用于产生标定光，所述标定光用于每束紫外光用于进行零点校标和算法验证，所述标定光源部和紫外光源部均采用深紫外发光二级管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪，通过发射多波长连续光束，通过镜头后采用成像光谱仪，不同波长光束成像在CCD上不同位置，通过提取不同波长的成像光束信息，反演大气污染分子的浓度廓线，该方式可以实现500m空间下的无盲区廓线测量。该本发明实现了低成本和结构简单，调试方便等优点。适合臭氧﹑二氧化硫以及二氧化氮立体监测领域需要快速溯源的要求，同时适合大规模的应用。

附图说明

图1为本发明整体原理结构示意图；

图2为本发明成像光柱成像几何示意图。

图中：1紫外光源部、2标定光源部、3成像系统、4准直部件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：

本发明公开了一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪，发射多波长连续光束，通过镜头后采用成像光谱仪，不同波长光束成像在CCD上不同位置，通过提取不同波长的成像光束信息，反演大气污染分子的浓度廓线，该方式可以实现500m空间下的无盲区廓线测量。该系统实现了低成本和结构简单，调试方便等优点。适合臭氧﹑二氧化硫以及二氧化氮立体监测领域需要快速溯源的要求，同时适合大规模的应用。

具体的，以臭氧监测为例：

将紫外光源部，采用大功率深紫外发光二级管(典型的波长对为265nm和295nm)发射的两束紫外光通过准直部件4包括准直镜和准直器：准直镜成光束，经准直器变成准平行光发射到大气中，每束紫外光另设一个标定光，通过标定光源部2也采用深紫外发光二级管，用于进行零点校标和算法验证等。两束发射光线存在一定的位置差和角度差。在光束一定距离处放置一台深紫外测量CCD成像相机对两束光进行感应。成像系统3由镜头(带有光阑)、滤光片(滤波器)、狭缝光栏(偏振器)和CCD成像芯片组成。激光光束在探测面上感光成像为线状。激光束受臭氧分子吸收和大气散射作用，用成像镜头接收散射光线，在视场范围内的侧向散射大气回波信号，在CCD成像芯片上感光成像，即可获得随高度分布的光柱图像。每个像素点与一个高度一定范围内的大气气溶胶和分子的散射系数以及臭氧路径吸收衰减效应成正比，因此通过图像数据根据一定的反演算法可以获得激光束空间的大气臭氧的空间分布廓线。需要说明的是在本实施例中，标定光即图1中的校标光，镜头亦称成像镜头即图1中的紫外镜头，深紫外测量CCD成像相机即图1中的紫外相机。

本发明公开的一种污染气体光学主动成像式差分吸收光谱监测仪，该系统发射覆盖臭氧﹑二氧化硫以及二氧化氮的吸收波段(包含吸收强区和吸收弱区)的激光光束。采用臭氧﹑二氧化硫以及二氧化氮吸收区和非吸收区的3对波段的LED光柱作为发射光源，采用小角度侧面成像方式接收光柱的成像信息，通过建立的信号提取几何模型进行信号解析，通过标定的方式获得距离散射信号，最后通过反演模型获得精准的臭氧廓线分布信息。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。