CN103091267B - 基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置及方法，属于积分球等效路径标定技术领域。它解决了积分球等效路径在实际应用中存在较大误差的问题。装置由信号发生器、温度电流控制器、764nm二极管激光器、积分球、光电探测器、数据采集卡和计算机组成；方法为：信号发生器产生10Hz的扫描锯齿波信号，并将该扫描锯齿波信号加载到温度电流控制器的控制电流中，将温度电流控制器的控制电流注入到764nm二极管激光器中，光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，该电信号由数据采集卡采集后传输给计算机，计算机对采集获得的信号进行处理，获得积分球等效路径，实现对积分球等效路径的标定。本发明用于对积分球等效路径的标定。

Description

基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置及方法

技术领域

本发明涉及基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置及方法，属于积分球等效路径标定技术领域。

背景技术

积分球是一种内部中空的球腔结构，内壁均匀涂有高反射率材料。积分球通常是用来测量光照度的，但在测量光照度的使用中，发现于其内部的特殊结构能够起到延长光程的作用，因而又被用于气体吸收池以测量气体浓度。

在积分球的应用中，大部分会涉及到积分球的一个重要参数，即积分球的等效路径。积分球的等效路径被定义为光在积分球内走过的等效路程。积分球的等效路径通常与积分球内壁的反射率及积分球的开口面积密切相关，在存在气体吸收的波段，积分球的等效路径也会受到气体吸收的影响。由于针对不同波段的光，积分球对其反射率并不相同，因此，其等效路径也会随之变化。通常情况下积分球等效路径只能从理论上给出，在实际应用中存在很多误差。理论上能给出积分球等效路径在不同波段的变化规律，但却不能给出准确的结果。

发明内容

本发明是为了解决由于积分球对不同波段的光的反射率不同，使对应的等效路径不相同，进而使得积分球等效路径在实际应用中存在较大误差的问题，提供了一种基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置及方法。

本发明所述基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置，它包括信号发生器、温度电流控制器、764nm二极管激光器、积分球、光电探测器、数据采集卡和计算机，

信号发生器的锯齿波信号输出端连接温度电流控制器的信号输入端，温度电流控制器的控制电流信号输出端连接764nm二极管激光器的信号输入端，764nm二极管激光器发出的激光束经积分球的入光孔(4-1)入射到积分球内部，并被设置于积分球内壁上的光电探测器接收，光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，该电信号由数据采集卡采集，数据采集卡的采集信号输出端连接计算机的采集信号输入端。

所述积分球内充满空气。

一种基于上述基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置的标定方法，它包括以下步骤：

步骤一：由信号发生器产生10Hz的扫描锯齿波信号，并将该扫描锯齿波信号加载到温度电流控制器的控制电流中，使温度电流控制器的控制温度为22摄氏度；

步骤二：将温度电流控制器的控制电流注入到764nm二极管激光器中，使764nm二极管激光器发出激光束；

步骤三：光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，该电信号由数据采集卡采集后传输给计算机，计算机对采集获得的信号进行处理，获得积分球等效路径，实现对积分球等效路径的标定。

所述步骤三中计算机对采集获得的信号进行处理，获得积分球等效路径的具体方法为：

根据积分球等效路径L_eff的计算公式：

$L_{\mathrm{eff}}=\frac{2}{3}\frac{\mathrm{\π}{D}^{2}I}{{\mathrm{SI}}_0},$

获得积分球等效路径；

式中D为积分球的直径，I为光电探测器接收到的光信号的探测光强，S为光电探测器表面积，I₀为764nm二极管激光器发出的激光束的入射光强。

本发明的优点：本发明将二极管激光吸收光谱技术和积分球技术相结合，利用二极管激光吸收光谱技术精确快速的标定积分球等效路径。它从气体吸收对等效路径的影响考虑，结合二极管激光吸收光谱技术，通过对积分球在764nm处等效路径的矫正，再结合二极管激光吸收光谱技术的灵敏、可靠及快速等优点，可方便准确的实现积分球等效路径的精确标定。

本发明方法为积分球等效路径的标定提供了准确、快速、可靠的方案，它无需配合使用光谱仪，具有结构简单，成本低廉，方法可靠的优点。

附图说明

图1是本发明所述基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置的结构原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置，它包括信号发生器1、温度电流控制器2、764nm二极管激光器3、积分球4、光电探测器5、数据采集卡6和计算机7，

信号发生器1的锯齿波信号输出端连接温度电流控制器2的信号输入端，温度电流控制器2的控制电流信号输出端连接764nm二极管激光器3的信号输入端，764nm二极管激光器3发出的激光束经积分球4的入光孔4-1入射到积分球4内部，并被设置于积分球4内壁上的光电探测器5接收，光电探测器5将接收到的光信号转换为电信号，该电信号由数据采集卡6采集，数据采集卡6的采集信号输出端连接计算机7的采集信号输入端。

本实施方式中764nm二极管激光器3为764nm可调谐窄带二极管激光器。数据采集卡6通过PCI接口与计算机7连接，由计算机7对采集的信号进行分析处理。光电探测器5采集的信号为积分球4内空气中氧气的吸收光谱信号。

光电探测器5设置在积分球4内壁上与其入光孔4-1非正对的位置。积分球4上还设置进气孔和出气孔。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述积分球4内充满空气。

764nm二极管激光器3发出的激光束经积分球4的入光孔4-1入射到积分球4内部，与积分球4内空气中的氧气相互作用后，再被光电探测器5接收。

具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为基于实式方式一或二所述基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置的标定方法，它包括以下步骤：

步骤一：由信号发生器1产生10Hz的扫描锯齿波信号，并将该扫描锯齿波信号加载到温度电流控制器2的控制电流中，使温度电流控制器2的控制温度为22摄氏度；

步骤二：将温度电流控制器2的控制电流注入到764nm二极管激光器3中，使764nm二极管激光器3发出激光束；

步骤三：光电探测器5将接收到的光信号转换为电信号，该电信号由数据采集卡6采集后传输给计算机7，计算机7对采集获得的信号进行处理，获得积分球等效路径，实现对积分球4等效路径的标定。

本实施方式中，764nm二极管激光器3发出的激光束先经过聚焦透镜聚焦后，再进入积分球4内部。

具体实施方式四：本实施方式为对实施方式三的进一步说明，本实施方式所述步骤三中计算机7对采集获得的信号进行处理，获得积分球等效路径的具体方法为：

根据积分球等效路径L_eff的计算公式：

$L_{\mathrm{eff}}=\frac{2}{3}\frac{\mathrm{\π}{D}^{2}I}{{\mathrm{SI}}_0},$

获得积分球等效路径；

式中D为积分球的直径，I为光电探测器接收到的光信号的探测光强，S为光电探测器表面积，I₀为764nm二极管激光器发出的激光束的入射光强。

Claims (3)

1.一种基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定方法，它采用基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定装置实现，所述标定装置包括信号发生器(1)、温度电流控制器(2)、764nm二极管激光器(3)、积分球(4)、光电探测器(5)、数据采集卡(6)和计算机(7)，

信号发生器(1)的锯齿波信号输出端连接温度电流控制器(2)的信号输入端，温度电流控制器(2)的控制电流信号输出端连接764nm二极管激光器(3)的信号输入端，764nm二极管激光器(3)发出的激光束经积分球(4)的入光孔(4-1)入射到积分球(4)内部，并被设置于积分球(4)内壁上的光电探测器(5)接收，光电探测器(5)将接收到的光信号转换为电信号，该电信号由数据采集卡(6)采集，数据采集卡(6)的采集信号输出端连接计算机(7)的采集信号输入端；

其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：由信号发生器(1)产生10Hz的扫描锯齿波信号，并将该扫描锯齿波信号加载到温度电流控制器(2)的控制电流中，使温度电流控制器(2)的控制温度为22摄氏度；

步骤二：将温度电流控制器(2)的控制电流注入到764nm二极管激光器(3)中，使764nm二极管激光器(3)发出激光束；

步骤三：光电探测器(5)将接收到的光信号转换为电信号，该电信号由数据采集卡(6)采集后传输给计算机(7)，计算机(7)对采集获得的信号进行处理，获得积分球等效路径，实现对积分球(4)等效路径的标定。

2.根据权利要求1所述的基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定方法，其特征在于，所述步骤三中计算机(7)对采集获得的信号进行处理，获得积分球等效路径的具体方法为：

根据积分球等效路径L_eff的计算公式：

$L_{\mathrm{eff}}=\frac{2}{3}\frac{\mathrm{\π}{D}^{2}I}{{\mathrm{SI}}_0},$

获得积分球等效路径；

式中D为积分球的直径，I为光电探测器接收到的光信号的探测光强，S为光电探测器表面积，I₀为764nm二极管激光器发出的激光束的入射光强。

3.根据权利要求1所述的基于二极管激光吸收光谱的积分球等效路径标定方法，其特征在于，所述积分球(4)内充满空气。