CN106568712B - 一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，在仪器上方安装了一个可见摄像头，通过二维调整架，在很大的范围内可以完成远程调节。按本发明完成的仪器操作简单、精度高、可同时监测多种大气污染气体、数据可靠性高、实现了远程调节，极大地减少了维护和运行成本。

Description

一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪及其调节方法

技术领域

本发明所涉及的是一种基于差分吸收光谱技术的测量大气气态污染物的光学仪器及其调节方法，属于大气监测领域。

背景技术

随着工业的快速发展，城市大气的污染日益加剧，严重影响了人们的日常生活和身心健康，对大气中的污染物进行连续实时监测逐渐成为一项重要课题。1979年，Platt等人首次提出了差分吸收光谱(DOAS)法用于同时对多种大气污染气体实时在线监测(PlattU，Pemer D.“Simultaneous measurements of atmospheric CH₂O，O₃，NO₂ bydifferential optical absorption”.Geophys Res，1979，84：6329～6335)。DOAS方法将氙灯发出的紫外-可见光发射进入大气环境中，传播一段距离后由接收单元接收。由于大气中的污染气体会选择性吸收发射光，通过分析接收到的差分吸收光谱，就可以确定大气中污染气体的种类和浓度。在DOAS系统中，光的发射单元和接收单元可以合并成一个整体(JohnM C Plane，Chiar Fu Nien.“Differential optical absorption spectrometer formeasuring atmospheric trace gases”.Rev Sci Instrum，1992，60(3)：1867～1877)，通过距离这个整体几百米的角反射镜将发射出去的光束原路反射回接收单元。这种DOAS方法监测大气污染有以下几大优点：可以同时监测多种污染气体、精度高、监测范围广等，但由于光的发射和接收单元是一个整体，因此光学部分比较笨重，光路的校准比较复杂。长光程有毒有害气体监测仪在这种DOAS方法的基础上，通过二维调整架来控制光发射和接收整体的上下左右移动，降低了光路校准的难度。这种仪器在现场调节时虽然很方便，但在远程调节时，由于光接收单元接收到的光谱信号强度在很小的范围内就迅速衰减到零，只依靠光谱信号强度调节很难实现远程调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪及其调节方法，在不需要到现场的前提下，简单而迅速地完成远程调节。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，氙灯光源发出的紫外-可见光经光束整形板整形之后入射到反射镜，反射镜将光束反射到大凹面反射镜后发射出去，出射的光束经石英窗口到待测空气中，传播一段距离后经角反射镜原路反射回大凹面反射镜，大凹面反射镜将光束会聚到小凹面反射镜后再会聚到光纤，通过安装在仪器内的二维调整架和可见摄像头进行远程调节；远程调节步骤为：

(1)打开可见摄像头视频窗口和二维调整架控制窗口，调节二维调整架X轴和Y轴，使得角反射镜位于视频窗口中心；

(2)小范围移动二维调整架的X轴直到视频窗口中可以看到角反射镜有亮光，微调二维调整架Y轴使得角反射镜中亮光最亮，再微调二维调整架X轴使得角反射镜中亮光最亮；

(3)打开光谱仪窗口，微调二维调整架X轴和Y轴使得光谱仪显示的光谱强度最大。

上述技术方案中，所述步骤(2)中可以在很广的范围内观察到角反射镜的亮光，大大减小了远程调节的难度。

上述技术方案中，所述二维调整架位于光学整形板的下方。

优选的技术方案，所述可见摄像头位于大凹面反射镜镜架上方为优选。

优选的技术方案，调节可见摄像头的朝向不同对远程调节有一定的影响，当可见摄像头平行于差分吸收光谱光路主光轴时远程调节最方便。

本发明的技术方案中，氙灯光源发出的紫外-可见光在紫外波段光的强度远小于可见波段光的强度，角反射镜距离仪器主体约几百米，氙灯光源上下左右偏移超过2mm后，光谱仪接收到光谱信号强度就衰减到零，而在可见摄像头窗口中可以观察到角反射镜内有很强的亮光，调节二维调整架使氙灯偏移超过20mm时，在可见摄像头窗口仍能观察到角反射镜内有亮光。因此通过可见摄像头，可以在很大的范围内调节优化光路，轻松完成远程调节。

本发明方法用独特的思路完成了一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，同其他大气环境监测技术相比，具有以下优点：

1.本发明实现了远程调节，不需要到现场，极大地节约了维护和运行成本；

2.本发明的操作非常方便，理论模型简单，精度非常高；

3.采用本发明的方法，可以同时监测NO₂、SO₂、O₃、C₆H₆、C₇H₈等多种大气污染气体；

4.本发明的监测距离长、范围广，数据可靠性高；

5.本发明所述的仪器，可以广泛地应用于适用于现代城市、高速公路、水泥厂、化工园区、木材加工厂、机场等区域的气态污染物实时连续监测，并确定污染气体扩散转移情况。利用本发明，可以极大地节约成本，并能够保证监测气体多样，监测结果准确。

附图说明

附图1是本发明实施例一中的可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪的原理图。

其中：1、光纤；2、大凹面反射镜；3、可见摄像头；4、小凹面反射镜5、遮光板；6、光束整形板；7、氙灯；8、反射镜；9、石英窗口；10、光谱仪；11、步进电机控制器；12、氙灯电源；13、二维调整架；14、角反射镜。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图1所示，一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，仪器分为仪器主体(1～13)和角反射镜14。

仪器主体可以分为光学部分和机械部分。光学部分由光纤1、大凹面反射镜2、可见摄像头3、小凹面反射镜4、遮光板5、光束整形板6、氙灯7、反射镜8和石英窗口9组成；机械部分由光谱仪10、步进电机控制器11、氙灯电源12和二维调整架13组成。氙灯7光源发出的紫外-可见光经光束整形板6整形之后经反射镜8反射到大凹面反射镜2发射出去，出射的光束经石英窗口9传播到角反射镜，经角反射镜14反射回大凹面反射镜2会聚到小凹面反射镜3后会聚到光纤1，光纤1再将吸收光传输送入光谱仪10进行分光、采样，得到吸收光谱，分析光谱的谱线结构及变化来确定环境空气中吸收气体种类及气体的浓度。通过二维调整架13和可见摄像头3完成远程调节。

在本实施例中，仪器型号为苏州微纳激光光子技术有限公司的LDAI-1，角反射镜距离仪器主体约100m。

具体的远程调节步骤为：(1)运行仪器，打开可见摄像头视频窗口和二维调整架控制窗口，调节二维调整架X轴和Y轴，使得角反射镜位于视频窗口中心；(2)小范围移动二维调整架的X轴直到视频窗口中可以看到角反射镜有亮光，微调二维调整架Y轴使得角反射镜中亮光最亮，再微调二维调整架X轴使得角反射镜中亮光最亮；(3)打开光谱仪窗口，微调二维调整架X轴和Y轴使得光谱仪显示的光谱强度最大，完成远程调节。

在实施例一中，不打开可见摄像头，只依靠光谱强度调节很难完成光路调节，且氙灯光源偏移很小的距离，就完全看不到光谱信号；利用可见摄像头可以在很大的范围内发现角反射镜的亮光，完成调节的最大光源偏移范围比不打开可见摄像头高了至少一个数量级。

Claims (4)

1.一种可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，由光学部分、机械部分、及角反射镜组成；光学部分包括大凹面反射镜、小凹面反射镜、反射镜、光束整形板、遮光板、氙灯、石英窗口、光纤和可见摄像头；机械部分包括二维调整架、光谱仪、步进电机控制器和氙灯电源；二维调整架连接仪器光学部分和机械部分，可见摄像头位于仪器上方，其特征在于：氙灯光源发出的紫外-可见光经光束整形板整形之后通过大凹面反射镜发射出去，发射的光束经石英窗口到待测空气中，经角反射镜反射回大凹面反射镜会聚到小凹面反射镜后会聚到光纤，光纤再将吸收光传输送入光谱仪进行分光、采样，得到吸收光谱，通过二维调整架和可见摄像头实现远程调节控制；远程调节步骤为： （1）打开可见摄像头视频窗口和二维调整架控制窗口，调节二维调整架X轴和Y轴，使得角反射镜位于视频窗口中心； （2）小范围移动二维调整架的X轴直到视频窗口中看到角反射镜有亮光，微调二维调整架Y轴使得角反射镜中亮光最亮，再微调二维调整架X轴使得角反射镜中亮光最亮；（3）打开光谱仪窗口，微调二维调整架X轴和Y轴使得光谱仪显示的光谱强度最大。

2.根据权利要求1所述的可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，其特征在于：所述二维调整架位于反射镜的下方。

3.根据权利要求1所述的可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，其特征在于：所述可见摄像头位于大凹面反射镜镜架上方。

4.根据权利要求1所述的可远程调节的长光程有毒有害气体监测仪，其特征在于：所述可见摄像头平行于差分吸收光谱光路主光轴。