CN102262071A - 大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，包括有积分球、太阳光模拟器、光纤光谱仪、计算机，其中积分球采用聚四氟乙烯作为内部反射涂层，通过其截断角优势提高了散射光的收集效率，从而有效增强了散射系数谱测量的灵敏度。本发明建立了350~1000nm波段散射系数谱的测量公式，使得光电转换过程中因波长不同而导致的转换响应度不同得到了有效规避，能够检测大气气溶胶散射系数谱随温度、湿度和气压的演变规律，具有原理简单，操作方便，检测速度快的特点。

Description

大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及大气气溶胶测量领域，具体为一种大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法。

背景技术

大气气溶胶对光的散射改变了光的空间分布，增加了辐射能量空间分布的复杂性。获得宽波段内各个波长对应的大气气溶胶散射系数形成的谱图，并考察散射系数谱随温度、湿度和气压的变化规律，能够加深对于气溶胶光学特性的了解，拓展激光在大气中的辐射传输研究，更为准确的评估大气气溶胶的辐射强迫与气候影响，具有重要的学术意义和潜在的应用价值。

大气气溶胶散射系数的测量通常用积分浊度计来实现。积分浊度计能够连续自动观测，定标简单方便，不破坏气溶胶的组分。由于结构上的限制，目前商用积分浊度计的散射光收集角度约为7°～170°(理想的散射光收集角度0°～180°)，截断角(前向：0°～7°，后向：170°～180°)过大使得气溶胶的前向和后向散射光的收集偏少。根据小粒子散射理论，气溶胶粒子散射光分布受到尺度参数的制约，大尺度参数粒子至少一半的散射光分布在靠近前向的小角度范围内，商用浊度计7°～170°的测量角度丢失了很大一部分前向散射光，将严重低估散射系数的数值，甚至出现差距达到数倍的现象。另外，商用积分浊度计只能给出3个波长对应的散射系数，无法了解其他波长的散射情况。

散射系数测量考验的是所用方法收集气溶胶粒子散射光的能力，散射光收集效率越高，散射系数测量的准确度就越高，因此尽量减小截断角是散射系数测量的发展方向。若论散射光的收集能力，积分球具有非常大的优势。积分球是一个中空球体，内表面涂覆高反射率的涂层。积分球的混光特性使气溶胶粒子的散射光均匀分布在其内表面，变得和散射相函数无关，因此测量某一点的散射强度即可获得整个积分球收集的散射光能量。太阳光谱是包含了商用浊度计所用波长的连续光谱，如果将散射系数的实时测量扩大至能够检测的太阳光谱波段，形成散射系数谱，将极大的拓展气溶胶的散射研究及其应用领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，以解决采用积分浊度计进行测量存在的测量准确度差的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：包括有积分球、太阳光模拟器、分束器、光纤光谱仪I和光纤光谱仪II、放大器和计算机，所述光纤光谱仪II的接收端耦合入积分球中，所述积分球上设置有彼此对称的样品出、入口，以及彼此对称的光束出、入口，且样品出、入口分别位于积分球竖直直径两端，光束出、入口分别位于积分球水平直径两端，积分球上还设置有温湿度传感器、气压传感器，所述太阳光模拟器向积分球发射太阳模拟光，所述太阳模拟光被所述分束器分成两束能量相同的出射光，其中一路出射光为参考光，所述参考光被所述光纤光谱仪I接收，另一路出射光为积分球入射光，积分球入射光从积分球的光束入口入射至积分球内，光路上的大气气溶胶粒子在入射光照射下形成散射，粒子散射光经积分球内表面多次反射后，光辐射能量平均分布，其中光纤光谱仪II探头覆盖立体角内的辐射光强被抽样接收，所述光纤光谱仪I与光纤光谱仪II的信号输出线共接入所述放大器中，所述放大器输出线与计算机电连接。

所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述参考光通过具有直角拐角的铝质管道引入光纤光谱仪I，铝质管道管壁经过粗糙化发黑处理，铝质管道内的直角拐角处设置有将参考光反射至光纤光谱仪I的反射镜；所述积分球入射光通过管壁粗糙化发黑处理的铝质直管引入积分球光束入口。

所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述积分球的样品出口与一个抽气泵连通，且样品出口上设置有气阀。

所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述积分球内腔涂覆有聚四氟乙烯涂层，积分球的前后和后向截断角均在1.6°以下。

所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：积分球中，位于光纤光谱仪II接收端的耦合处设置有挡光片，所述挡光片位于积分球的其中一个半球内表面，挡光片表面涂覆有聚四氟乙烯涂层，太阳光模拟器另一路出射光入射至积分球内产生了气溶胶粒子的散射光，所述挡光片使粒子散射光至少经历了积分球内表面的一次反射后才能被光纤光谱仪II接收。

所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述光束出口处安装有铝质的羊角状的消光管，所述消光管管壁经过粗糙化发黑处理。

所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述计算机上接有四通道的USB采集卡，所述USB采集卡四路通道一一对应采集光纤光谱仪I、光纤光谱仪II、温湿度传感器、气压传感器的输出信号。

一种大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将积分球固定在支架上，使得样品出口处的气阀和抽气泵方便调节，并确保样品出、入口的轴心连线垂直于水平面；令大气气溶胶样品从样品入口进入积分球中；

(2)调整太阳光模拟器，使太阳模拟光沿水平方向出射至分束器；调整分束器，使太阳模拟光垂直入射至分束器；通过一个功率计与分束器配合，使分束器出射的参考光、积分球入射光的能量严格一致；所述参考光通过所述铝质通道被光纤光谱仪I接收，积分球入射光通过所述铝质直管进入积分球的光束入口，积分球入射光从光束入口入射至积分球，首先被积分球内的大气气溶胶样品散射后形成散射光，所述散射光被积分球内壁多次反射；

(3)通过积分球样品出口处的气阀和抽气泵控制采样速率，利用温湿度传感器测量积分球内的温湿度参数，利用气压传感器测量积分球内的气压参数，当积分球内的温湿度参数、气压参数与大气压环境一致时，认为采样速率为最佳值；

(4)当采样速率为最佳值时，通过光纤光谱仪II接收所述散射光被积分球内壁多次反射后的散射光，所述光纤光谱仪II将接收到的散射光信号转化为电信号并输出至放大器，光纤光谱仪I将接收到的参考光信号亦转化为电信号后输出至所述放大器；

(5)所述计算机通过四通道的UBS采集卡，分别对温湿度传感器的电信号、压力传感器的电信号、经过放大器放大后的光纤光谱仪I及光纤光谱仪II的电信号进行采集；

(6)对光纤光谱仪I、光纤光谱仪II的基线噪声进行测量，并计算积分球的开孔比f，所述积分球的开孔比计算公式为式中U_i为积分球各开孔所对应的立体角；

(7)在计算机中，通过大气气溶胶散射系数谱公式得到大气气溶胶散射系数谱，其中：其中λ表示选定波段内太阳模拟光的各个波长，i₁(λ)表示太阳模拟光选定波段内各个波长对应的光纤光谱仪I输出的电信号去掉光纤光谱仪I的基线噪声后的电信号值，i₂(λ)表示太阳模拟光选定波段内各个波长对应的光纤光谱仪II输出的电信号去掉光纤光谱仪II的基线噪声后的电信号值，r₀表示积分球的内腔半径，ρ(λ)表示太阳模拟光选定波段内各个波长值对应的积分球涂层反射率，r^*表示光纤光谱仪II的检测探头半径，f表示积分球的开孔比。

所述的大气气溶胶散射系数谱测量方法，其特征在于：积分球内腔的聚四氟乙烯涂层在可见光的反射率近似为常数，等同于550nm处的反射率，近紫外和近红外波段聚四氟乙烯涂层的反射率ρ_(λ)以10nm为步长进行标定。

本发明通过太阳光模拟器产生宽波段入射光，配合温湿压传感器，可以有效测量多种天气条件下的大气气溶胶散射系数谱，具有原理简单、操作方便、检测灵敏度高等特点。

本发明的理论依据是：积分球是一个内壁均匀喷涂高反射率漫射材料(本专利选择聚四氟乙烯)的球形腔体。积分球之所以被广泛应用，本质上在于它的混光特性，可以收集光通量并将其均匀地散布于球壳内表面，消除了被测样品散射光的不均匀性带来的影响。由于内表面漫反射涂层的“积分”作用，可以在积分球任意出光位置获得均匀的朗伯辐射。

探针式光束沿积分球直径方向穿过充满了待测气溶胶样品的积分球，光束覆盖的每个气溶胶粒子可以视作一个微小散射光源，积分球内表面收集了光束所覆盖全体粒子的散射光。上述条件下，内表面任意点(包括球壁开口处)的辐射量只是积分球的内腔几何半径r₀、涂层的反射率ρ和光束覆盖的气溶胶粒子散射光能量Q_sca的函数：

$Q_{\mathrm{sca}}^{*}=\frac{\mathrm{\ρ}{Q}_{\mathrm{sca}}}{4\mathrm{\π}{r}_0^2}\left[\frac{1}{1-\mathrm{\ρ}}\right]---\left(1\right)$

考虑到光束出入孔、样品出入口和探测器接口不能形成反射，上式修正为：

$Q_{\mathrm{sca}}^{*}=\frac{\mathrm{\ρ}{Q}_{\mathrm{sca}}}{4\mathrm{\π}{r}_0^2}\left[\frac{1}{1-\mathrm{\ρ}(1-f)}\right]---\left(2\right)$

其中f为积分球的开口比。

积分球的开口比f是球上所有开口的面积与球腔内壁总面积之比，采用严格计算方式，把球上各开口的面积按照圆锥面计算：

其中圆锥面对应的立体角Ω按照下式计算：

$\mathrm{\Ω}=2\mathrm{\π}(1-\cos U)=4\mathrm{\π}{\sin }^2\frac{U}{2}---\left(4\right)$

其中U为圆锥面的半顶角。

假设有n个开口，积分球的开口比f为：

$f=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\sin }^2\frac{U_i}{2}---\left(5\right)$

在进入积分球的光束能量Q已知的前提下，待测气溶胶样品的散射系数为：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{sca}}=\frac{Q_{\mathrm{sca}}}{Q\·2r_0}---\left(6\right)$

辐射量和光电转换后的电压信号一一对应，假设Q对应的电信号为i₁，光电探测器的探头半径为r^*，

对应的电信号为i₂，则上式(6)写为：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{sca}}=\frac{i_2}{i_1}\·\frac{2r_0[1-\mathrm{\ρ}(1-f)]}{\mathrm{\ρ}\·{\left(r^{*}\right)}^2}---\left(7\right)$

不同波长对应的聚四氟乙烯的反射率存在差异，因此(7)式表示成波长的函数：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{sca}\left(\mathrm{\λ}\right)}=\frac{i_{2\left(\mathrm{\λ}\right)}}{i_{1\left(\mathrm{\λ}\right)}}\·\frac{2r_0[1-{\mathrm{\ρ}}_{\left(\mathrm{\λ}\right)}(1-f)]}{{\mathrm{\ρ}}_{\left(\mathrm{\λ}\right)}\·{\left(r^{*}\right)}^2}---\left(8\right)$

用光纤光谱仪测量出i_1(λ)、i_2(λ)，标定出聚四氟乙烯的反射率ρ_(λ)，即可确定宽波段光谱对应的散射系数谱。

本发明基于积分球的混光特性进行数据测量，建立了散射系数谱的测量公式。积分球的设计使其前向和后向截断角减小到均小于1.6°，降低了截断角对测量结果的不利影响，散射光的收集效率大大提高。获得散射系数的波长范围大大拓宽，形成了散射系数谱，通过待测气溶胶温度、湿度和气压的测量，可以评估三者对气溶胶散射系数谱的影响。

本发明建立了宽带光源的大气气溶胶散射系数谱的测量方法，基于积分球的混光特性，通过减小截断角提高气溶胶粒子散射光的收集效率，利用同步测量的温度、湿度和气压信息，掌握环境因素对散射系数谱的影响规律。本发明的散射系数谱的测量为原位测量，测量数据反映了真实的大气状况。

附图说明

图1为本发明测量装置结构原理图。

图2为分束器示意图，其中：

图2a为正面侧视图，图2b为背面侧视图。

图3为积分球示意图，其中：

图3a为整体示意图，图3b为透视图。

图4为铝质消光管示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示。积分球1设有样品入口2、样品出口9，以及光束入口、光束出口，样品入口2、样品出口9的轴心连线位于积分球1的竖直直径上，样品出口9处设有气阀和抽气泵，光束入、出口位于积分球1的水平直径上，光束入口连接太阳光模拟器6的一束光作为积分球1入射光，光束出口连接铝质消光管15，积分球上还设置有气压传感器3和温湿度传感器4。太阳光模拟器6通过分束器5产生两束光束能量完全相同的圆形光束，分别为参考光和积分球入射光，参考光全部能量进入光纤光谱仪I8，转化为各波段对应的电信号，积分球入射光穿过积分球1内的大气气溶胶样品，大气气溶胶粒子的散射光经积分球1内部涂层多次反射后呈均匀分布，各波段的散射光强度通过光纤光谱仪II10抽样采集后转化为相应的电信号。光纤光谱仪I8和II10为同一类型，参考光和气溶胶粒子的散射光经过反射后的电信号经同一放大器13后，连同温度、湿度和气压信息一起进入计算机14的数据处理系统。

积分球1内腔涂层选择聚四氟乙烯，积分球1的前向和后向截断角均在1.6°以下，散射光收集效率较商用浊度计大大提高，从而提高了散射系数谱测量的准确度。

设置挡光片12的目的是阻止气溶胶粒子的散射光直接进入光纤光谱仪II10的接收端，以确保散射光经历至少一次积分球内表面反射才能被检测到，挡光片12的涂层为聚四氟乙烯。

分束器5含有两个圆形通光孔，光孔的锐边设计最大限度的确保了参考光和积分球入射光的光束能量相同。

铝质消光管15用硬铝焊接而成，平行光束经多次反射后被粗糙化黑色管壁吸收。

计算机14通过4通道USB-9215采集卡实现数据采集，USB-9215采集卡中，通道1负责散射光电信号的采集，通道2负责参考光电信号的采集，通道3负责气压信号的采集，通道4负责温度和湿度信号的采集。

参考光通过具有直角拐角的铝质管道引入光纤光谱仪I8，铝质管道管壁经过粗糙化发黑处理，铝质管道内的直角拐角处设置有将参考光反射至光纤光谱仪I8的反射镜7；积分球入射光通过管壁粗糙化发黑处理的铝质直管引入积分球1光束入口。

积分球由两个半球腔通过圆形法兰盘固定构成，圆形法兰盘安装在支架16上，在圆形法兰盘上开有供半球固定的螺丝固定孔17，半球上开有温湿度传感器插孔18，气压传感器插孔19，光纤光谱仪探头接口20，光束入口21和光束出口22。

本发明的核心装置为积分球，光度测量中积分球一般做的很大，但由于辐照度和积分球直径的平方成反比，积分球直径的增大降低了出射窗处的辐照度。考虑到实验操作的要求，选择内径为300mm的积分球。积分球选用空心球腔的铸铝制作，由两个半球腔组成，通过O圈和一系列螺丝固定在一起，两半球的接合面与水平方向垂直。涂层的污染和老化会带来反射率的变化，应尽量选择反射率稳定、难以腐蚀和容易清洗的物质。通过光谱特性和稳定性调研，本发明选用聚四氟乙烯作为积分球内表面涂层材料。

光束入、出口分别位于两个积分球半球腔的顶点上，两者轴心连线位于积分球的水平直径上。

样品入、出口内径均设置为10mm，位于积分球的垂直直径上，以最大限度的减小重力沉降对结果的影响。抽气泵位于样品出口处，与气流阀配合，以控制积分球的进样速率。

太阳光是理想的连续光谱，不过利用自然太阳光进行实验受到天气条件的限制，本发明选择太阳光模拟器产生波长在200～1100nm的稳定光束。

太阳光模拟器的出射光通过分束器后，形成两个光束能量完全相同的圆柱形光束，光束直径为3mm，其中一束作为积分球入射光，另一束作为参考光。为防止分束器的边缘对测量结果带来影响，分束器5的外围和两个通光孔均采用外楔形设计，并做黑化处理。

挡光片选用不锈钢制作，其厚度为0.8mm，宽度以稍大于光纤光谱仪II的探头为佳，如海洋光学公司的光纤光谱仪的探头为8mm，挡光片宽度可以设置为10mm。为了最大限度保持积分球的“积分”作用，挡光片表面涂覆聚四氟乙烯涂层。

铝质消光管内部经过粗糙化发黑处理，入射光穿过积分球内部的待测气溶胶样品后进入消光管，多次反射后消失。

直径为3mm的光束，经过积分球的短距离传输路径后，可以不考虑光束的扩散，因此光束入、出口的直径均设置为4.5mm完全可以满足实验要求。在这样的条件下，散射光收集的前向和后向截断角均在1.6°以下，较商用积分浊度计的截断角大为减小。

本发明的光谱响应由聚四氟乙烯涂层的光谱反射特性和光纤光谱仪的光谱响应共同决定。聚四氟乙烯的反射率在非可见波段和可见波段的近似定值是不同的，需要根据波长进行标定ρ_(λ)。由于本专利采用的是相对比值的方式，因此光纤光谱仪对不同波长的不同响应度可以忽略。

气溶胶粒子的散射光经过聚四氟乙烯涂层的多次反射后均匀分布于积分球内表面，光纤光谱仪II的检测探头和积分球内表面形成一个面积比，通过进入光纤光谱仪II探头处的辐射量检测，可以反推整个积分球不同波长的散射光对应的电信号。

光纤光谱仪I和光纤光谱仪II为同一类型，本发明的波段范围350～1000nm由光纤光谱仪的响应范围确定。

积分球内待测大气气溶胶的温度、湿度和气压直接影响了测量结果，选择测量端头小的气压传感器和温湿度传感器，连接到积分球内表面后适当密封，实现对三个因素影响程度的评估。

具体实施例：

1、用螺丝固定积分球保证其相对密封和良好光封，保证积分球两个半球腔接合处的聚四氟乙烯涂层光滑。将积分球固定在高度和承重量合适的稳定支架上，使得样品出口处的气阀和气流管道方便调节，保证样品入、出口的轴心连线垂直于水平面。

2、本发明中积分球和所用设备一旦确定，开口比也即成为确定值。利用公式

获得积分球开口比，共有7个开孔，因此i的范围为从1到7。

3、调整太阳光模拟器，使得其出射光位于水平方向。调整分束器平面与太阳光模拟器的两光束严格垂直，通过功率计使参考光和积分球入射光的能量严格一致。参考光通过粗糙化发黑处理的直角铝质管道直接进入光纤光谱仪I，直角处放置全反射镜。入射光通过与参考光相同的粗糙化发黑处理铝质管道进入积分球。

4、考虑到实验操作的方便，光纤光谱仪II的接收探头设置在适当位置，使得挡光片处于积分球的其中一个半球腔内表面。调整光纤光谱仪II的接收探头和挡光片，使得积分球在光封和相对密封的条件下，无样品进入时光纤光谱仪II探测的各波长电压值保持恒定。

5、通过气阀和抽气泵控制采样速率，利用温湿度传感器和气压传感器测量积分球内的温湿压参数，当三者和大气环境一致时，认为采样速率为最佳值。

6、数据采集通过美国NI(National Instrument)仪器公司的USB-9215采集卡实现，其USB接口设计简化了采集卡的使用。该采集卡为4通道同时采集，采用16位同步采样的AI(Analog Input)模块，能够采集的电压信号范围为±10V，最高采样频率为20K。通道1负责参考光电信号的采集，通道2负责散射光电信号的采集，通道3负责气压信号的采集，通道4负责温度和湿度信号的采集。软件拟用LabVIEW8.5编写。

7、聚四氟乙烯的反射率在可见光波段内几乎不随波长改变，可用550nm的反射率等同于可见光对应的反射率；在近紫外和近红外波段，聚四氟乙烯的反射率同可见光波段是不同的，将在不同程度上给测量结果带来误差，以10nm步长标定反射率ρ_(λ)。

8、密闭光纤光谱仪的接收头，测量其基线噪声。用获得的参考光电信号和气溶胶散射光电信号，分别扣除各自的基线噪声，获得i_1(λ)和i_2(λ)，不同波长对应的散射系数形成了该波段范围内的谱图。

9、积分球所测的大气气溶胶散射系数的准确程度需要经过实验的验证。为简化验证过程，选用非吸收性的零空气、二氧化碳气体，利用532nm的单波长验证积分球在该波长测量的散射系数。零空气和二氧化碳对应的是瑞利散射，而瑞利散射是可以计算得到的，例如Jonathan E.Thompson给出在532nm、700mmHg、22℃时，零空气的散射系数为11.97×10^-6m^-1，二氧化碳的为2.61×11.97×10^-6m^-1。将温度、湿度和气压等条件人为约束到要求范围内，通过零空气和二氧化碳气体验证积分球的测量结果。对于小尺度参数的气溶胶粒子，截断角对散射系数测量结果的影响很小，因此选择亚微米气溶胶粒子，将积分球的样品出口连接到TSI-3563式积分浊度计上，对比积分球和浊度计在450nm、550nm和700nm的测量结果。

10、通过9所述的验证手段，改正积分球结构设计的不合理之处，使散射系数谱的测量不断完善。

11、重复步骤8，测量350nm～1000nm波段内的散射系数谱。

12、探讨不同温度、湿度和气压下，大气气溶胶散射系数谱的演变规律。

Claims (9)

1.大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：包括有积分球、太阳光模拟器、分束器、光纤光谱仪I和光纤光谱仪II、放大器和计算机。所述光纤光谱仪II的接收端耦合入积分球中，所述积分球上设置有彼此对称的样品出、入口，以及彼此对称的光束出、入口，且样品出、入口分别位于积分球竖直直径两端，光束出、入口分别位于积分球水平直径两端，积分球上还设置有温湿度传感器、气压传感器，所述太阳光模拟器向积分球发射太阳模拟光，所述太阳模拟光被所述分束器分成两束能量相同的出射光，其中一路出射光为参考光，所述参考光被所述光纤光谱仪I接收，另一路出射光为积分球入射光，积分球入射光从积分球的光束入口入射至积分球内，光路上的大气气溶胶粒子在入射光照射下形成散射，粒子散射光经积分球内表面多次反射后，光辐射能量平均分布，其中光纤光谱仪II探头覆盖立体角内的辐射光强被抽样接收，所述光纤光谱仪I与光纤光谱仪II的信号输出线共接入所述放大器中，所述放大器输出线与计算机电连接。

2.根据权利要求1所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述参考光通过具有直角拐角的铝质管道引入光纤光谱仪I，铝质管道管壁经过粗糙化发黑处理，铝质管道内的直角拐角处设置有将参考光反射至光纤光谱仪I的反射镜；所述积分球入射光通过管壁粗糙化发黑处理的铝质直管引入积分球光束入口。

3.根据权利要求1所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述积分球的样品出口与一个抽气泵连通，且样品出口上设置有气阀。

4.根据权利要求1所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述积分球内腔涂覆有聚四氟乙烯涂层，积分球的前向和后向截断角均在1.6°以下。

5.根据权利要求1所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：积分球中，位于光纤光谱仪II接收端的耦合处设置有挡光片，所述挡光片位于积分球的其中一个半球内表面，挡光片表面涂覆有聚四氟乙烯涂层，太阳光模拟器另一路出射光入射至积分球内产生了气溶胶粒子的散射光，所述挡光片使粒子散射光至少经历了积分球内表面的一次反射后才能被光纤光谱仪II接收。

6.根据权利要求1所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述光束出口处安装有铝质羊角状的消光管，所述消光管管壁经过粗糙化发黑处理。

7.根据权利要求1所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：所述计算机上接有四通道的USB采集卡，所述USB采集卡四路通道一一对应光纤光谱仪I、光纤光谱仪II、温湿度传感器、气压传感器的输出信号。

8.一种基于权利要求1的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将积分球固定在支架上，使得样品出口处的气阀和抽气泵方便调节，并确保样品出、入口的轴心连线垂直于水平面；令大气气溶胶样品从样品入口进入积分球中；

(2)调整太阳光模拟器，使太阳模拟光沿水平方向出射至分束器；调整分束器，使太阳模拟光垂直入射至分束器；通过一个功率计与分束器配合，使分束器出射的参考光、积分球入射光的能量严格一致；所述参考光通过所述铝质通道被光纤光谱仪I接收，积分球入射光通过所述铝质直管进入积分球的光束入口，积分球入射光从光束入口入射至积分球，首先被积分球内的大气气溶胶样品散射后形成散射光，所述散射光被积分球内壁多次反射；

(3)通过积分球样品出口处的气阀和抽气泵控制采样速率，利用温湿度传感器测量积分球内的温湿度参数，利用气压传感器测量积分球内的气压参数，当积分球内的温湿度参数、气压参数与大气压环境一致时，认为采样速率为最佳值；

(4)当采样速率为最佳值时，通过光纤光谱仪II接收所述散射光被积分球内壁多次反射后的散射光，所述光纤光谱仪II将接收到的散射光信号转化为电信号并输出至放大器，光纤光谱仪I将接收到的参考光信号亦转化为电信号后输出至所述放大器；

(5)所述计算机通过四通道的UBS采集卡，分别对温湿度传感器的电信号、压力传感器的电信号、经过放大器放大后的光纤光谱仪I及光纤光谱仪II的电信号进行采集；

(6)对光纤光谱仪I、光纤光谱仪II的基线噪声进行测量，并计算积分球的开孔比f，所述积分球的开孔比计算公式为

式中U_i为积分球各开孔所对应的立体角；

(7)在计算机中，通过大气气溶胶散射系数谱公式

得到大气气溶胶散射系数谱，其中：其中λ表示选定波段内太阳模拟光的各个波长，i₁(λ)表示太阳模拟光选定波段内各个波长对应的光纤光谱仪I输出的电信号去掉光纤光谱仪I的基线噪声后的电信号值，i₂(λ)表示太阳模拟光选定波段内各个波长对应的光纤光谱仪II输出的电信号去掉光纤光谱仪II的基线噪声后的电信号值，r₀表示积分球的内腔半径，ρ(λ)表示太阳模拟光选定波段内各个波长值对应的积分球涂层反射率，r^*表示光纤光谱仪II的检测探头半径，f表示积分球的开孔比。

9.根据权利要求8所述的大气气溶胶散射系数谱原位测量装置及测量方法，其特征在于：积分球内腔的聚四氟乙烯涂层在可见光的反射率近似为常数，等同于550nm处的反射率，近紫外和近红外波段聚四氟乙烯涂层的反射率ρ_(λ)以10nm为步长进行标定。

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