CN102323231B - 多轴差分吸收光谱仪标定系统及方法 - Google Patents

多轴差分吸收光谱仪标定系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多轴差分吸收光谱仪标定系统及方法，包括有望远镜，望远镜后端的接收的后向散射光通过光纤接入光谱仪，其特征在于所述的望远镜镜筒中部设有前、后二个孔，所述的前、后二孔内分别设有可抽插的标准灯组件与标准气体校准池组件，标准灯组件包括有第一基板，第一基板上二个通孔内分别安装有汞灯、卤钨灯；标准气体校准池组件包括有第二基板，第二基板上二个通孔内分别安装有二氧化硫标准气体吸收池、二氧化氮标准气体吸收池。本发明解决了目前多轴差分吸收光谱系统存在的两个问题，为系统提供光谱校准、探测器坏像元检测以及标准气体校准，提高了仪器测量精度。

Description

多轴差分吸收光谱仪标定系统及方法
技术领域
本发明属于环境监测领域，具体是一种多轴差分吸收光谱仪标定系统及方法。
背景技术
现有技术中多轴差分吸收光谱仪系统结构如图1所示，该系统由棱镜、望远镜、遮光板及其驱动装置、电机及温度控制电路板、光纤、光谱仪与控制计算机等组成。棱镜将散射光导入接收望远镜中，接收望远镜将散射光汇聚到光纤中，驱动电机带动棱镜旋转将不同角度的散射光导入接收望远镜中，而遮光板的功能为控制光路的通断，实现对背景的测量。进入望远镜的散射光在完成色散、采集与数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，最终实现对大气痕量气体垂直柱浓度及廓线的解析。该系统缺少光谱定标装置，无法检测出由于光谱仪温度等变化造成的光谱漂移（光谱仪温度变化1度就会造成光谱仪光谱漂移）；缺少卤钨灯等连续光源，无法检测探测器像元好坏。而光谱的漂移及探测器像元损坏都会对最终的计算结果带来误差。该系统缺少标准气体校准装置，无法实时的实现对测量结果的校准。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前多轴差分吸收光谱系统存在的问题，提高测量精度。发明了差分吸收光谱仪标定系统，该系统增加标准灯组件与标准气体校准池组件，为系统提供光谱校准、探测器坏像元检测以及标准气体校准，提高仪器测量精度。 
本发明技术方案如下：
多轴差分吸收光谱仪标定系统，包括有望远镜，望远镜后端的接收的后向散射光通过光纤接入光谱仪，其特征在于所述的望远镜镜筒中部设有前、后二个孔，所述的前、后二孔内分别设有可切入或者转出的标准灯组件与标准气体校准池组件，标准灯组件包括有第一基板，第一基板上二个通孔内分别安装有汞灯、卤钨灯；标准气体校准池组件包括有第二基板，第二基板上二个通孔内分别安装有二氧化硫标准气体吸收池、二氧化氮标准气体吸收池。
所述的多轴差分吸收光谱仪标定系统，其特征在于所述的标准灯组件与标准气体校准池组件的基板下端分别固定连接有转轴，由步进电机驱动翻转，分别实现标准灯组件与标准气体校准池组件从望远镜镜筒的前、后孔中切入与转出。
所述的多轴差分吸收光谱仪标定系统，其特征在于所述的基板均为扇形板。
多轴差分吸收光谱仪标定方法，其特征在于分为光谱标定校准与气体校准两种类型，分别使用标准灯组件与标准气体组件；
当光谱校准时，标准灯组件转入望远镜镜筒中，利用汞灯的特征发射谱线进行光谱标定，利用连续光源卤钨灯检测探测器有无坏像元；通过了解探测器上是否显示卤钨灯的光信号来进行检测有无坏像元。
气体标准时，利用浓度已知的二氧化氮标准气体池与二氧化硫标准气体池对系统进行校准，本发明系统测量该标准样品池会得到一个结果，将该结果与已知浓度进行比较，得到校准系数，完成气体校准。
本发明的主要特点在于： 
1、发明标准灯组件，实现系统光谱校准及探测器坏像元检测；
2、发明标准气体校准池组件，实现系统标准气体校准；
3、提高了仪器测量精度。
附图说明
图1 现有技术多轴差分吸收光谱仪结构示意图。
图2为本发明多轴差分吸收光谱仪标定系统原理框图。
图中标号：
1、望远镜，2、光纤， 3、标准灯组件， 4、标准气体校准池组件，5、第一步进电机， 6、第二步进电机， 7、汞灯， 8 、卤钨灯， 9 、二氧化硫标准气体池， 10，二氧化氮标准气体池。
具体实施方式
参见图2，多轴差分吸收光谱仪标定系统，包括有望远镜1，望远镜1后端接收的后向散射光通过光纤2接入光谱仪，望远镜1镜筒中部设有前、后二个孔，所述的前、后二孔内分别设有可转动抽插的标准灯组件3与标准气体校准池组件4，标准灯组件3包括有第一基板（为一定厚度扇形结构铝板），第一基板上二个矩形孔内分别安装有笔形汞灯7、卤钨灯8；标准气体校准池组件4包括有第二基板（为一定厚度扇形结构铝板），第二基板上二个圆形孔内分别安装有二氧化硫标准气体吸收池9、二氧化氮标准气体吸收池10。第一、第二基板下端分别固定连接有转轴，分别由第一、第二步进电机5、6驱动翻转，分别实现标准灯组件3与标准气体校准池组件4从望远镜1镜筒的前、后孔中切入与转出。
正常测量时，标准灯组件3与标准气体校准池组件4处于打开位置，转离望远镜1；
当光谱校准时，标准灯组件3转入望远镜1镜筒中，并使汞灯7处于光路上，点亮汞灯7，用汞灯7对仪器进行光谱定标，此时标准气体校准池组件4处于离开望远镜1的位置；
当探测器坏像元检测时，标准灯组件3转入望远镜中，并使卤钨灯8处于光路上，点亮卤钨灯8，用卤钨灯8对仪器进行坏像元检测，此时标准气体校准池组件4处于离开望远镜1的位置；
当进行二氧化氮标准气体校准时，标准气体校准池组件4转入望远镜1镜筒中，使二氧化氮标准气体池10处于光路上，入射光通过二氧化氮气体进入光纤2，导入到光谱仪，数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，将计算得到的二氧化氮气体浓度与二氧化氮标准气体池10浓度进行对比，完成二氧化氮标准气体校准。此时标准灯组件3处于离开望远镜的位置；
当进行二氧化硫标准气体校准时，标准气体校准池组件4转入望远镜中，使二氧化硫标准气体池9处于光路上，入射光通过二氧化硫气体进入光纤2，导入到光谱仪，数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，将计算得到的二氧化硫气体浓度与二氧化硫标准气体池9浓度进行对比，完成二氧化硫标准气体校准。此时标准灯组件3处于离开望远镜的位置。

Claims (4)

1.多轴差分吸收光谱仪标定系统，包括有望远镜，望远镜后端接收的后向散射光通过光纤接入光谱仪，其特征在于所述的望远镜镜筒中部设有前、后二个孔，所述的前、后二孔内分别设有可切入或者转出的标准灯组件与标准气体校准池组件，标准灯组件包括有第一基板，第一基板上二个通孔内分别安装有汞灯、卤钨灯；标准气体校准池组件包括有第二基板，第二基板上二个通孔内分别安装有二氧化硫标准气体吸收池、二氧化氮标准气体吸收池。
2.根据权利要求1所述的多轴差分吸收光谱仪标定系统，其特征在于所述的标准灯组件的第一基板下端与标准气体校准池组件的第二基板下端分别固定连接有转轴，由步进电机驱动翻转，分别实现标准灯组件与标准气体校准池组件从望远镜镜筒的前、后孔中切入与转出。
3.根据权利要求1所述的多轴差分吸收光谱仪标定系统，其特征在于所述的第一基板和第二基板均为扇形板。
4.基于权利要求1所述的多轴差分吸收光谱仪标定系统的标定方法，其特征在于分为光谱标定校准与气体校准两种类型，分别使用标准灯组件与标准气体校准池组件；
当光谱校准时，标准灯组件转入望远镜镜筒中，利用汞灯的特征发射谱线进行光谱标定，标准气体校准池组件处于离开望远镜的位置；
当探测器坏像元检测时，利用连续光源卤钨灯检测探测器有无坏像元，标准气体校准池组件处于离开望远镜的位置；
气体校准时，利用浓度已知的二氧化氮标准气体吸收池与二氧化硫标准气体吸收池对系统进行校准，标准灯组件处于离开望远镜的位置；本系统测量二氧化氮标准气体吸收池或二氧化硫标准气体吸收池会得到一个测量结果，将该结果与已知浓度进行比较，得到校准系数，完成气体校准。
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