CN105954286A - 一种基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，包括光源、准直系统、样品室、前光学系统、单色器、后光学系统、信号接收处理系统和显示器，准直系统设置在光源和样品室之间，且光源设置在准直系统的前焦点上，样品室设置在准直系统和前光学系统之间，单色器设置在前光学系统和后光学系统之间，前光学系统由主反射镜和次反射镜组成，主反射镜的中间设置有一开口；后光学系统由四组透镜组成，每个透镜组设置在单色器的其中一个工作通道上；信号接收处理系统由CCD探测器和信号处理器组成，每个CCD探测器通过信号处理器连接在显示器上。本发明能见度测量仪具有较高光谱分辨率、较高的光通量以及光谱测量范围较大的优点，综合性能高。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器领域，具体是一种基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪。
背景技术
能见度是反映大气透明度的一个指标，能见度和当时的天气情况密切相关。当出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气过程时，大气透明度较低，因此能见度较差。能见度对人们的生产和生活影响很大，比如，低能见度下，航海、航空和陆上交通都受到很大影响，容易发生重大事故，同时，能见度还是表征大气污染程度的关键物理量，及时准确的测量能见度具有重要意义。由于受环境温度、电路稳定性等因素影响，探测光会在中心波长附近漂移，导致大气消光系数波动，这就需要测量不同波长下的消光系数，对能见度测量结果进行修正。
测量不同波长下的消光系数需要用到单色器这种分光器件，将消光系数随光谱变化的信息提取出来。根据所用的单色器不同，能见度测量仪分为几种类型。
棱镜-光栅-棱镜（PGP）型能见度测量仪采用普通棱镜和衍射光栅的组合来达到分光目的，在一定程度上弥补了棱镜和光栅单独作为分光元件时的谱线弯曲，有利于仪器的整体结构的装调，但其色散性能主要以其中的光栅为主，具有较宽的光谱测量范围和较高的光谱分辨率，但是由于受到光栅狭缝大小的限制，该方法难以获得较高的光通量，信噪比较低。
傅里叶变换型能见度测量仪利用干涉仪原理进行分光，通过探测像元辐射的干涉图，并利用计算机对干涉图进行傅里叶变换处理，获得像元的光谱分布。这种方法具有较高的光谱分辨率、较高的光通量、较高的信噪比，但是受限于光程差变化间隔难以太小，该方法主要用于红外光谱波段。
目前的能见度测量仪难以同时兼顾光谱分辨率、光通量、光谱测量范围等特性。开发一种具有较高的综合性能的能见度测量仪显得尤为迫切。
发明内容
为了解决目前能见度测量仪中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，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：
一种基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，包括光源、准直系统、样品室、前光学系统、单色器、后光学系统、信号接收处理系统和显示器，所述准直系统设置在光源和样品室之间，且光源设置在准直系统的前焦点上，所述样品室设置在准直系统和前光学系统之间，所述的单色器设置在前光学系统和后光学系统之间，
所述的前光学系统由主反射镜和次反射镜组成，所述主反射镜的中间设置有一开口，所述主反射镜的焦点与次反射镜的焦点位置重合；
所述的后光学系统由四组透镜组成，包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、和第四透镜组，每个透镜组由若干个透镜组成，每个透镜组设置在单色器的其中一个工作通道上；
所述的信号接收处理系统由CCD探测器和信号处理器组成，每个透镜组的后焦面上设置有相应的CCD探测器，每个CCD探测器与信号处理器连接，信号处理器连接在显示器上。
作为本发明进一步的方案：所述的光源为卤钨灯。
作为本发明进一步的方案：所述主反射镜的开口尺寸大于从次反射镜出射的平行光尺寸。
作为本发明进一步的方案：所述的主反射镜为凹面二次旋转抛物面镜，所述的次反射镜为凸面二次旋转抛物面镜。
作为本发明再进一步的方案：所述主反射镜表面和次反射镜表面均涂有反射光学膜层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能见度测量仪具有较高光谱分辨率、较高的光通量以及光谱测量范围较大的优点，综合性能高。
附图说明
图1为本发明的连接示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图中：1-旋转滤光片；8-偏振器；12-主反射镜；13-次反射镜；14-单色器；15-第一透镜组；16-第二透镜组；17-第三透镜组；18-第四透镜组；19-第一CCD探测器；20-第二CCD探测器；21-第三CCD探测器；22-第四CCD探测器。
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。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，包括光源、准直系统、样品室、前光学系统、单色器、后光学系统、信号接收处理系统和显示器，准直系统设置在光源和样品室之间，且光源设置在准直系统的前焦点上，样品室设置在准直系统和前光学系统之间，单色器设置在前光学系统和后光学系统之间。
前光学系统由主反射镜和次反射镜组成，主反射镜的中间设置有一开口，主反射镜的焦点与次反射镜的焦点位置重合；
后光学系统由四组透镜组成，包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、和第四透镜组，每个透镜组由若干个透镜组成，每个透镜组设置在单色器的其中一个工作通道上；
信号接收处理系统由CCD探测器和信号处理器组成，每个透镜组的后焦面上设置有相应的CCD探测器，每个CCD探测器与信号处理器连接，信号处理器连接在显示器上。
主反射镜的开口尺寸大于从次反射镜出射的平行光尺寸。主反射镜为凹面二次旋转抛物面镜，次反射镜为凸面二次旋转抛物面镜。主反射镜表面和次反射镜表面均涂有反射光学膜层。
光源为卤钨灯，发出可见和近红外的波长较宽的光，光源发出的光经过准直系统后变成平行光入射至样品室内的待测大气样品中。前光学系统将样品室出来的光转换成匹配单色器口径的平行光束。
前光学系统由一组反射镜构成，包括主反射镜12和次反射镜13，主反射镜12为凹面二次旋转抛物面镜，主反射镜12表面涂有反射光学膜层，将入射的光反射出去；次反射镜13为凸面二次旋转抛物面镜，次反射镜13表面涂有反射光学膜层，将入射的光反射出去。
主反射镜12接收来自样品室发出的光线，并对光线进行反射和会聚，会聚光线的传播方向为主反射镜12的焦点； 主反射镜12中间设置有一开口，开口尺寸大于从次反射13出射的平行光尺寸，不阻挡平行光出射，次反射镜13位于主反射镜12和主反射镜12的焦点之间，并且主反射镜12的焦点与次反射镜13的焦点位置重合。
主反射镜12将样品室出来的光进行反射并会聚，会聚光束入射到次反射镜13表面，再被次反射镜13反射出去，形成小口径平行光出射。次反射镜13接收主反射镜12反射会聚的光线，并对光线反射，形成平行光从主反射镜12的中间开口出射，形成比入射光束口径小的平行光。次反射镜13出射的平行光进入单色器14，经过单色器14的分光作用，形成四个工作通道的出射光。
单色器14由多组旋转滤光片和偏振器组成，偏振器设置在前光学系统和旋转滤光片之间，旋转滤光片由镀有窄带膜的镜片组成，旋转滤光片安装在精确旋转的镜框内，偏振器由镀有偏振膜的棱镜组成，将出射光束分为两束不同偏振方向的出射光束，旋转滤光片和偏振器表面均涂有反射光学膜层。
后光学系统由四个透镜组构成，包括第一透镜组15、第二透镜组16、第三透镜组17和第四透镜组18，每个透镜组由若干透镜组成，对某一工作通道的出射光进行会聚成像，成像面位于该组透镜的后焦面上。
在每组透镜的后焦面上设置有相应的CCD探测器，用来接收焦面上的光能量，并将光信号转换成电信号；每个CCD探测器与信号处理器连接，第一透镜组15的后焦面上设置有第一CCD探测器19，第二透镜组16的后焦面上设置有第二CCD探测器20，第三透镜组17的后焦面上设置有第三CCD探测器21，第四透镜组18的后焦面上设置有第四CCD探测器22，对CCD输出的电信号进行处理转换，得到物体的一维光谱信息和二维空间信息，并输出给显示器进行显示。
实际应用中，可根据被测目标的需要灵活更换其中单色器的通道数和测量光谱范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (5)
1.一种基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，包括光源、准直系统、样品室、前光学系统、单色器、后光学系统、信号接收处理系统和显示器，其特征在于，所述准直系统设置在光源和样品室之间，且光源设置在准直系统的前焦点上，所述样品室设置在准直系统和前光学系统之间，所述的单色器设置在前光学系统和后光学系统之间，
所述的前光学系统由主反射镜和次反射镜组成，所述主反射镜的中间设置有一开口，所述主反射镜的焦点与次反射镜的焦点位置重合；
所述的后光学系统由四组透镜组成，包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、和第四透镜组，每个透镜组由若干个透镜组成，每个透镜组设置在单色器的其中一个工作通道上；
所述的信号接收处理系统由CCD探测器和信号处理器组成，每个透镜组的后焦面上设置有相应的CCD探测器，每个CCD探测器与信号处理器连接，信号处理器连接在显示器上。
2.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，其特征在于，所述的光源为卤钨灯。
3.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，其特征在于，所述主反射镜的开口尺寸大于从次反射镜出射的平行光尺寸。
4.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，其特征在于，所述的主反射镜为凹面二次旋转抛物面镜，所述的次反射镜为凸面二次旋转抛物面镜。
5.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的能见度测量仪，其特征在于，所述主反射镜表面和次反射镜表面均涂有反射光学膜层。
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