CN104237088B - 一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪及其监测方法，装置包括激光器、第一1/4波片、平行平板对、气溶胶室、角反射棱镜、调制激光器、消偏振分光棱镜、偏振分光棱镜光电检测器件等，方法利用从采样空气滤纸过滤形成含尘滤纸，通过调制激光照射含尘滤纸引起表面空气温度及折射率变化。在假设空气颗粒物成分不变的情况下，通过测量空气折射率变化获得滤纸上颗粒物质量，并通过采样体积等效成空气中颗粒物的质量浓度。

Description

一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪及其监测方法

技术领域

本发明涉及大气颗粒浓度监测装置及方法领域，具体是一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪及其监测方法。

背景技术

大气颗粒物对气候、人类健康都有十分重要的影响，尤其是粒径小于2.5微米的颗粒物简称PM2.5。富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响很大。PM2.5是阴霾天气形成的主要原因，PM2.5是造成空气环境污染，对人体健康危害最严重的一类大气污染物。目前，国内外对大气颗粒物浓度的监测主要有称重法、石英微量振荡天平法、Beta射线法。称重法不适合连续观测；震荡天平安装及运行成本高；Beta射线吸收法可以满足环境监测要求，但是由于计数值需要进行统计分析，测量时间较长，对于有实时性要求的场合，比如环境污染侦察，响应时间不能满足测量要求，以及需要智能加热模块克服湿度对测量结果的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪及其监测方法，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：包括有可出射线偏振光的激光器，激光器右方依次设置有第一1/4波片、平行平板对、气溶胶室、角反射棱镜，其中平行平板对由一对相互倾斜平行的前、后玻璃平板构成，前、后玻璃平板在第一1/4波片右方呈前后错开分布，其中前玻璃平板的左侧面朝向后玻璃平板的右侧面，且前玻璃平板的左侧面与第一1/4波片正对，前、后玻璃平板右侧面分别朝向气溶胶室，前玻璃平板左侧面从下至上依次附着有增透膜、高反膜,前玻璃平板右侧面附着有偏振分束膜、增透膜，位于气溶胶室与角反射棱镜之间前方设置有调制激光器，位于前玻璃平板前方设置有消偏振分光棱镜，消偏振分光棱镜朝向前玻璃平板的后侧面设置有第二1/4波片，紧贴消偏振分光棱镜前侧面、左侧面分别设置有偏振分光棱镜，且左侧的偏振分光棱镜与消偏振分光棱镜之间设置有1/2波片，前侧的偏振分光棱镜右方、前方以及左侧的偏振分光棱镜左方、后方分别设置有光电检测器件；

从激光器发出的光为线偏振光，偏振光经过第一1/4波片后，变成圆偏振光，圆偏振光射入平行平板对中前玻璃平板上左侧面A点，经过前玻璃平板的偏振分束膜后被分成p和s光，其中p光在A点透射过前玻璃平板后再穿过气溶胶室射向角反射棱镜，经过角反射棱镜回射后到达后玻璃平板，再经过后玻璃平板反射后到达前玻璃平板上B点并从B点透射过前玻璃平板，p光的光路作为测量臂，s光经前玻璃平板反射后经过后玻璃平板的高反膜再次反射后穿过气溶胶室射向角反射棱镜，经过角反射棱镜回射后到达前玻璃平板上B点右侧面，此光路作为参考臂，最终s光和p光在平行平板对中前玻璃平板的B点右侧面重新相遇汇合成相互重合偏振态正交的光信号，相互重合偏振态正交的光信号射入第二1/4波片，变成两束旋转方向相反的圆偏光，然后经过消偏振分光棱镜分成等强度的两束光，其中一束光射向前侧的偏振分光棱镜后，p光透射s光反射形成两束相位差180度干涉信号，另外一束光经过1/2波片后，形成与原来旋转方向相反的两圆偏光，然后再经过左侧的偏振分光棱镜形成另外两束相位差180度的干涉信号，四束相位差依次相差90度的干涉信号分别被四个光电检测器件接收后转换为电信号，作为整个光热干涉仪的输出。

所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述平行平板对中，前、后玻璃平板材质采用K9玻璃，激光器的测量波长为632.8nm。

所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：位于气溶胶室与角反射棱镜之间的调制激光器后方、位于气溶胶室与平行平板对之间分别设置有反射棱镜，位于气溶胶室与平行平板对之间的反射棱镜前方设置有反射镜，反射镜使激光的方向改变180度。

所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述第一、第二1/4波片的快轴与沿左右方向的X轴夹角为45度。

所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述1/2波片的快轴与沿左右方向的X轴夹角为22.5度。

一种光热干涉仪的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：采用滤纸将含有颗粒物的空气其中的颗粒物与气体分开来，由于空气分子的粒径远小于滤纸缝隙，而颗粒物的粒径远大于滤纸的缝隙，故留在滤纸上形成沉积颗粒物；

将形成有沉积颗粒物的滤纸置于光热干涉仪中气溶胶室与角反射棱镜之间的测量臂上，用调制激光器以一定的角度照射滤纸上的颗粒物，颗粒物就会吸收热量，当吸收达到饱和时滤纸上颗粒物放出热量使周围空气温度改变，空气折射率随之改变，从而光热干涉仪中四个光电检测器件的输出信号发生改变，从四个光电检测器件的输出信号中选择处于正交状态的信号作为光热干涉仪输出信号，光热干涉仪输出信号在一定时间后达到动态平衡，根据调制激光器的照射功率和光热干涉仪输出信号的幅值的比值来确定颗粒物的相对浓度，并使用三个以上已知浓度的颗粒物滤纸进行测量，通过线性拟合确定标定系数，通过计算得出大气中颗粒物的质量浓度。

所述的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：调制激光器由信号发生器发出的占空比为50％的方波控制，方波的上升沿时调制激光器开始照射，下降沿时调制激光器停止照射，调制激光器照射时间与停止照射时间相等。

所述的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：对空白滤纸激光照射后，光热干涉仪输出作为背景，为了排除非颗粒物在激光照射后干涉仪输出对测量结果的影响。

本发明通过沉积在滤纸上颗粒物的质量获得大气颗粒物浓度，采用光热干涉仪测量大气颗粒物吸收引起的光热干涉仪输出变化，获得大气颗粒物质量浓度。采用调制激光器的激光照射含尘滤纸，大气颗粒物吸收光能，引起采样颗粒物温度升高，导致表面的空气温度升高，引起表面空气折射率的变化，引起光热干涉仪输出变化，一般在某区域内颗粒物的成分比较固定，选择不敏感吸收的波长，故可假定颗粒物吸收系数为常数。因此含尘滤纸上颗粒物的质量变化直接导致光热干涉仪输出的变化。通过光热干涉仪的输出可以确定大气颗粒物的质量浓度。

本发明提出了一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪及其监测方法。本发明可不受散射和空气湿度影响，测量空气质量浓度准确度较高。光热干涉仪还有在其它领域当中研究材料薄膜的光学吸收深度等特性，以及悬臂梁的吸收增强特性。

附图说明

图1为本发明光热干涉仪光路结构图。

具体实施方式

一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，包括有可出射线偏振光的激光器13，激光器13右方依次设置有第一1/4波片1、平行平板对2、气溶胶室3、角反射棱镜5，其中平行平板对2由一对相互倾斜平行的前、后玻璃平板21、22构成，前、后玻璃平板21、22在第一1/4波片1右方呈前后错开分布，其中前玻璃平板21的左侧面朝向后玻璃平板22的右侧面，且前玻璃平板21的左侧面与第一1/4波片1正对，前、后玻璃平板21、22右侧面分别朝向气溶胶室3，前玻璃平板左侧面从下至上依次附着有增透膜、高反膜,前玻璃平板右侧面附着有偏振分束膜、增透膜，位于气溶胶室3与角反射棱镜5之间前方设置有调制激光器4，位于前玻璃平板21前方设置有消偏振分光棱镜9，消偏振分光棱镜9朝向前玻璃平板21的后侧面设置有第二1/4波片8，紧贴消偏振分光棱镜9前侧面、左侧面分别设置有偏振分光棱镜11，且左侧的偏振分光棱镜与消偏振分光棱镜9之间设置有1/2波片10，前侧的偏振分光棱镜右方、前方以及左侧的偏振分光棱镜左方、后方分别设置有光电检测器件12；

从激光器13发出的光为线偏振光，偏振光经过第一1/4波片1后，变成圆偏振光，圆偏振光射入平行平板对2中前玻璃平板21上左侧面A点，经过前玻璃平板21的偏振分束膜后被分成p和s光，其中p光在A点透射过前玻璃平板21后再穿过气溶胶室3射向角反射棱镜5，经过角反射棱镜5回射后到达后玻璃平板22，再经过后玻璃平板22反射后到达前玻璃平板21上B点并从B点透射过前玻璃平板21，p光的光路作为测量臂，s光经前玻璃平板21反射后经过后玻璃平板22的高反膜再次反射后穿过气溶胶室3射向角反射棱镜5，经过角反射棱镜5回射后到达前玻璃平板21上B点右侧面，此光路作为参考臂，最终s光和p光在平行平板对2中前玻璃平板21的B点右侧面重新相遇汇合成相互重合偏振态正交的光信号，相互重合偏振态正交的光信号射入第二1/4波片8，变成两束旋转方向相反的圆偏光，然后经过消偏振分光棱镜9分成等强度的两束光，其中一束光射向前侧的偏振分光棱镜后，p光透射s光反射形成两束相位差180度干涉信号，另外一束光经过1/2波片10后，形成与原来旋转方向相反的两圆偏光，然后再经过左侧的偏振分光棱镜形成另外两束相位差180度的干涉信号，四束相位差依次相差90度的干涉信号分别被四个光电检测器件12接收后转换为电信号，作为整个光热干涉仪的输出。

平行平板对2中，前、后玻璃平板21、22材质采用K9玻璃，激光器13的测量波长为632.8nm。

位于气溶胶室3与角反射棱镜5之间的调制激光器4后方、位于气溶胶室3与平行平板对2之间分别设置有反射棱镜6，位于气溶胶室3与平行平板对2之间的反射棱镜前方设置有反射镜7，反射镜7使激光的方向改变180度。。

第一、第二1/4波片1、8的快轴与沿左右方向的X轴夹角为45度。

1/2波片10的快轴与沿左右方向的X轴夹角为22.5度。

一种基于光热干涉仪的大气颗粒物浓度监测方法，采用滤纸将含有颗粒物的空气其中的颗粒物与气体分开来，由于空气分子的粒径远小于滤纸缝隙，而颗粒物的粒径远大于滤纸的缝隙，故留在滤纸上形成沉积颗粒物；

将形成有沉积颗粒物的滤纸置于光热干涉仪中气溶胶室与角反射棱镜之间的测量臂上，用调制激光器以一定的角度照射滤纸上的颗粒物，颗粒物就会吸收热量，当吸收达到饱和时滤纸上颗粒物放出热量使周围空气温度改变，空气折射率随之改变，从而光热干涉仪中四个光电检测器件的输出信号发生改变，从四个光电检测器件的输出信号中选择处于正交状态的信号作为光热干涉仪输出信号，光热干涉仪输出信号在一定时间后达到动态平衡，根据调制激光器的照射功率和光热干涉仪输出信号的幅值的比值来确定颗粒物的相对浓度，并使用三个以上已知浓度的颗粒物滤纸进行测量，通过线性拟合方式确定标定系数，通过计算得出大气中颗粒物的质量浓度。

调制激光器由信号发生器发出的占空比为50％的方波控制，方波的上升沿时调制激光器开始照射，下降沿时调制激光器停止照射，调制激光器照射时间与停止照射时间相等。

对空白滤纸激光照射后，光热干涉仪输出作为背景，排除激光照射非颗粒物对测量结果的影响。

本发明测量原理如下：

根据S.KLau等建立了调制激光器照射薄膜—基底的温度变化数学模型：

$T(0,t)=\frac{I_0}{2k}\{2{(\mathrm{\αt}/\mathrm{\π})}^{1/2}+\frac{1}{\mathrm{\β}}(e^{\mathrm{\αt}{\mathrm{\β}}^2}-1)\×\mathrm{erfc}[\mathrm{\β}{\left(\mathrm{\αt}\right)}^{1/2}\left]\right\}---\left(1\right)$

式中：I₀为吸收光强，α为热扩散率，β为光热吸收系数，k为热传导率。在不考虑介质表面反射的情况下，当热扩散深度小于10倍的吸收深度时，光吸收效应十分明显。

大气中悬浮颗粒物以黑炭为主，对于本光热干涉***，取黑炭密度、比热分别为ρ_c＝2.25×10³kg/m³，c_c＝7.14×10²J/(kg·K)，滤纸热导率k_p＝9.5×10^-2W/(m·K)，则

α＝k_p/(ρ_c·c_c)＝5.91×10^-8m²/s，

取时间t＝2.5s(即照射频率f＝0.2Hz)，则热扩散深度

假设照射的沉积颗粒物为强吸收物质，取β＝5000m^-1，则

$\mathrm{\&mu;}=2\sqrt{\mathrm{\&alpha;t}}<10\frac{1}{\mathrm{\&beta;}},$

所以式(1)满足光热干涉***要求。

当考虑颗粒物的吸收作用时，式(1)变为：

$T(0,t)=\frac{P_0(1-e^{-\mathrm{\&beta;}\frac{m}{\mathrm{\&rho;s}}})}{2k}\{2{(\mathrm{\&alpha;t}/\mathrm{\&pi;})}^{1/2}+\frac{1}{\mathrm{\&beta;}}(e^{\mathrm{\&alpha;t}{\mathrm{\&beta;}}^2}-1)\&times;\mathrm{erfc}[\mathrm{\&beta;}{\left(\mathrm{\&alpha;t}\right)}^{1/2}\left]\right\}---\left(2\right)$

m为滤纸上颗粒物的质量，ρ为沉积颗粒物密度，s为照射面积,其中P₀为照射功率。式(2)中，按照以上推导当t＝2.5s，有β(αt)^1/2＝1.92，通过查表可得趋于0，则式(2)变为：

$T(0,t)=\frac{I_0(1-e^{-\mathrm{\&beta;}\frac{m}{\mathrm{\&rho;s}}})}{k}{(\mathrm{\&alpha;t}/\mathrm{\&pi;})}^{1/2}---\left(3\right)$

照射沉积物表面温度变化：

$\mathrm{\&Delta;T}=T(0,t)-T\left(\mathrm{0,0}\right)=\frac{I_0(1-e^{-\mathrm{\&beta;}\frac{m}{\mathrm{\&rho;s}}})}{k}{(\mathrm{\&alpha;t}/\mathrm{\&pi;})}^{1/2}---\left(4\right)$

根据分子的极化率和温度，及极化率和折射率，得到温度变化和折射率变化的关系：^[11]

$\mathrm{\&Delta;n}=-(n-1)\frac{\mathrm{\&Delta;T}}{T}---\left(5\right)$

设为干涉仪输出，l为光路几何长度，λ为干涉仪激光波长，△n为空气折射率变化为：

$\mathrm{\&Delta;n}=\frac{\mathrm{\&lambda;\&Delta;\&phi;}}{2\mathrm{\&pi;l}}$

有

$\mathrm{\&Delta;T}=-\frac{\mathrm{T\&lambda;\&Delta;\&phi;}}{(n-1)2\mathrm{\&pi;l}}---\left(6\right)$

根据式(4)和(6)有：

$\frac{\mathrm{skT\&lambda;\&Delta;\&phi;}}{(n-1)2\mathrm{\&pi;l}{(\mathrm{\&alpha;t}/\mathrm{\&pi;})}^{1/2}{P}_0}+1=e^{-\mathrm{\&beta;}\frac{m}{\mathrm{\&rho;s}}}---\left(7\right)$

设比例系数 $k_1=\frac{\mathrm{skT\&lambda;}}{(n-1)2\mathrm{\&pi;l}{(\mathrm{\&alpha;t}/\mathrm{\&pi;})}^{1/2}},$

则：

$k_1\frac{\mathrm{\&Delta;\&phi;}}{P_0}+1=e^{-\mathrm{\&beta;}\frac{m}{\mathrm{\&rho;s}}}---\left(8\right)$

对式(8)取对数得：

$\begin{array}{c}-\mathrm{\&beta;}\frac{m}{\mathrm{\&rho;s}}=\mathrm{In}(k_1\frac{\mathrm{\&Delta;\&phi;}}{P_0}+1)\\ m=-\frac{\mathrm{\&rho;sIn}(k_1\frac{\mathrm{\&Delta;\&phi;}}{P_0}+1)}{\mathrm{\&beta;}}=-k_2\frac{\mathrm{In}(k_1\frac{\mathrm{\&Delta;\&phi;}}{P_0}+1)}{\mathrm{\&beta;}}\end{array}---\left(9\right)$

理论上，在同一条件下使用不同调制功率多次照射同种颗粒物，可以通过标定来得到系数k₁和k₂，从而准确地计算出颗粒物质量。一般而言采样空气体积是已知的，根据(9)式可以计算出空气中颗粒物的浓度。空气中质量浓度C可以写成：

$C=m/{\mathrm{Qt}}_s=k_2\frac{\mathrm{In}(k_1\frac{\mathrm{\&Delta;\&phi;}}{P_0}+1)}{\mathrm{\&beta;Q}{t}_s}---\left(10\right)$

其中Q为流量单位为lpm，t_s为采样时间，这两个参数都可以根据采样参数确定。在同一区域内气溶胶的化学成分主要是含碳物质，且变化不大，β近似为常数^[18]，故通过式(10)就可以获得大气颗粒物的浓度

本发明中，采用一种基于偏振Jamin结构的激光干涉仪，由于光热效应使得周围气体温度升高，温度的变化使得气溶胶的折射率发生变化从而产生光热干涉现象，通过干涉测量实现气溶胶吸收系数的测量。激光波长为632.8nm,激发激光为波长440nm,功率0-1.2W可调的调制光。光热干涉仪***由偏振干涉仪、光电检测模块、信号放大及调理单元、数据采集模块及数据软件处理总共五部分组成。下面介绍光热干涉仪的结构。

从激光器发出的入射光信号为线偏振光，经过一个1/4波片(快轴与x轴夹角为45°)1后，变成圆偏振光，圆偏振光射入表面经过特殊加工的平行平板2的A点，经过平行平板2的偏振分束膜后，被分成p和s光，其中p光透射后经过气溶胶室3射向角反射棱镜5经过棱镜回射后到达B点，此光路作为测量臂，通过调制激光器4对气溶胶进行加热产生折射率的变化，导致干涉仪的位相差变化，s光反射后经过平行平板2的高反膜再次反射后也射向角反射棱镜回射到B点，此光路作为参考臂，最终s光和p光在平行平板的B点重新相遇汇合成两束重合偏振态正交的光信号，相互重合偏振态正交的光信号射入1/4波片(快轴与x轴夹角为45°)8，变成两束旋转方向相返的圆偏光，然后经过消偏振分光棱镜9分成等强度的两束光，其中一束光射向偏振分光棱镜11后，p光透射s光反射形成两束相位差180度干涉信号，另外一束光经过1/2波片(快轴与x轴夹角为22.5°)10后，形成与原来旋转方向相反的两圆偏光，然后在经过偏振分光棱镜11形成另外两束相位差180度的干涉信号。四束相位差依次相差90度的干涉信号被4个光电检测器12接收后转换为电信号用作后续电路处理。

经过特殊加工的平行平板对，在平行平板对的两个玻璃平板表面分别镀上不同的膜，每种膜都有不同的作用，目的是为了较高消光比的两束正交线偏光。特殊膜的作用如下：增透膜：减小反射，增大透射光强。偏振分束膜：用于将入射光信号的p光和s光分开，得到两束消光比较高的偏振光，产生频率的偏振光信号。高反膜：针对s光设计，s光有很高的反射率。

平行平板对分别采用K9玻璃，测量波长为632.8nm，查表可知K9玻璃对632.8nm波长的光的折射率为1.515。根据布儒斯特定律(θ为入射角，为折射角)，可得入射角度为θ＝56.57°，由几何关系可知，d＝lcosθ，可得d＝0.7273T。光斑直径小于出射两束光的距离0.7273T，两束光可以分开，否则，两束光不能完全分开。本发明采用的激光光束很细，两束光可完全分开。折返式结构通过一个角反射镜实现。环境条件的变化给两路光带来的影响相同，干涉信号就不会发生变化，因此这种结构提高了干涉仪的稳定性和可靠性。

激光照射沉积在滤纸上的颗粒物引起表面空气折射率变化，通过偏振折返式干涉仪测量折射率变化引起的干涉仪输出变化，获得大气颗粒物的质量浓度。通过调制激光器加热颗粒物将热量传导至光路进行探测，针对同一种物质提出了一种新的测量颗粒物浓度的方法：根据调制激光器的照射功率和测量干涉仪输出信号的幅值的比值来确定颗粒物的相对浓度，使用已知浓度的颗粒物进行标定，可以计算出对应大气中颗粒物的质量浓度。

将颗粒物放置放在干涉仪其中一束光线之下(很近但不影响激光传播)，用调制激光器以一定的角度照射颗粒物。激光器一旦开始照射，颗粒物就会吸收热量，当吸收达到饱和时放出热量使周围空气温度改变，空气折射率随之改变，从而干涉仪输出信号发生改变。调制激光器由信号发生器发出的占空比为50％的方波控制。方波的上升沿激光器开始照射(加热)，下降沿激光器停止照射(放热)。激光器照射时间与停止照射时间相等，一方面：保证颗粒物可以充分的吸热，即在照射没有完成之前已经达到热平衡，热平衡时间小于调制时间，另一方面：保证下一次激光器开始照射之前颗粒物已经充分放热，没有上次照射的热量残余，放热时间小于调制时间。

为了便于分析，对空白滤纸激光照射后，干涉仪输出作为参考。在激发激光照射下，从四路信号中选择一定处于正交状态的信号作为干涉仪输出，干涉仪的输出在一定时间后达到动态平衡。干涉仪的输出变化与质量浓度成一定的函数关系，通过干涉仪的输出就可以获得大气颗粒物(PM10,PM2.5,TSP等)的质量浓度。

Claims (8)

1.一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：包括有可出射线偏振光的激光器，激光器右方依次设置有第一1/4波片、平行平板对、气溶胶室、角反射棱镜，其中平行平板对由一对相互倾斜平行的前、后玻璃平板构成，前、后玻璃平板在第一1/4波片右方呈前后错开分布，其中前玻璃平板的左侧面朝向后玻璃平板的右侧面，且前玻璃平板的左侧面与第一1/4波片正对，前、后玻璃平板右侧面分别朝向气溶胶室，前玻璃平板左侧面从下至上依次附着有增透膜、高反膜,前玻璃平板右侧面附着有偏振分束膜、增透膜，位于气溶胶室与角反射棱镜之间前方设置有调制激光器，位于前玻璃平板前方设置有消偏振分光棱镜，消偏振分光棱镜朝向前玻璃平板的后侧面设置有第二1/4波片，紧贴消偏振分光棱镜前侧面、左侧面分别设置有偏振分光棱镜，且左侧的偏振分光棱镜与消偏振分光棱镜之间设置有1/2波片，前侧的偏振分光棱镜右方、前方以及左侧的偏振分光棱镜左方、后方分别设置有光电检测器件；

从激光器发出的光为线偏振光，偏振光经过第一1/4波片后，变成圆偏振光，圆偏振光射入平行平板对中前玻璃平板上左侧面A点，经过前玻璃平板的偏振分束膜后被分成p和s光，其中p光在A点透射过前玻璃平板后再穿过气溶胶室射向角反射棱镜，经过角反射棱镜回射后到达后玻璃平板，再经过后玻璃平板反射后到达前玻璃平板上B点并从B点透射过前玻璃平板，p光的光路作为测量臂，s光经前玻璃平板反射后经过后玻璃平板的高反膜再次反射后穿过气溶胶室射向角反射棱镜，经过角反射棱镜回射后到达前玻璃平板上B点右侧面，此光路作为参考臂，最终s光和p光在平行平板对中前玻璃平板的B点右侧面重新相遇汇合成相互重合偏振态正交的光信号，相互重合偏振态正交的光信号射入第二1/4波片，变成两束旋转方向相反的圆偏光，然后经过消偏振分光棱镜分成等强度的两束光，其中一束光射向前侧的偏振分光棱镜后，p光透射s光反射形成两束相位差180度干涉信号，另外一束光经过1/2波片后，形成与原来旋转方向相反的两圆偏光，然后再经过左侧的偏振分光棱镜形成另外两束相位差180度的干涉信号，四束相位差依次相差90度的干涉信号分别被四个光电检测器件接收后转换为电信号，作为整个光热干涉仪的输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述平行平板对中，前、后玻璃平板材质采用K9玻璃，激光器的测量波长为632.8nm。

3.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：位于气溶胶室与角反射棱镜之间的调制激光器后方、位于气溶胶室与平行平板对之间分别设置有反射棱镜，位于气溶胶室与平行平板对之间的反射棱镜前方设置有反射镜，反射镜使激光的方向改变180度。

4.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述第一、第二1/4波片的快轴与沿左右方向的X轴夹角为45度。

5.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述1/2波片的快轴与沿左右方向的X轴夹角为22.5度。

6.一种基于权利要求1所述光热干涉仪的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：采用滤纸将含有颗粒物的空气其中的颗粒物与气体分开来，由于空气分子的粒径远小于滤纸缝隙，而颗粒物的粒径远大于滤纸的缝隙，故留在滤纸上形成沉积颗粒物；

将形成有沉积颗粒物的滤纸置于光热干涉仪中气溶胶室与角反射棱镜之间的测量臂上，用调制激光器以一定的角度照射滤纸上的颗粒物，颗粒物就会吸收热量，当吸收达到饱和时滤纸上颗粒物放出热量使周围空气温度改变，空气折射率随之改变，从而光热干涉仪中四个光电检测器件的输出信号发生改变，从四个光电检测器件的输出信号中选择处于正交状态的信号作为光热干涉仪输出信号，光热干涉仪输出信号在一定时间后达到动态平衡，根据调制激光器的照射功率和光热干涉仪输出信号的幅值的比值来确定颗粒物的相对浓度，并使用大于三个已知浓度的滤纸进行测量，通过线性拟合确定标定系数，通过计算得出大气中颗粒物的质量浓度。

7.根据权利要求6所述的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：调制激光器由信号发生器发出的占空比为50%的方波控制，方波的上升沿时调制激光器开始照射，下降沿时调制激光器停止照射，调制激光器照射时间与停止照射时间相等。

8.根据权利要求6所述的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：对空白滤纸激光照射后，光热干涉仪输出作为背景，为了排除非颗粒物在激光照射后干涉仪输出对测量结果的影响。