CN113945528B - 一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法 - Google Patents

一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113945528B
CN113945528B CN202111171349.8A CN202111171349A CN113945528B CN 113945528 B CN113945528 B CN 113945528B CN 202111171349 A CN202111171349 A CN 202111171349A CN 113945528 B CN113945528 B CN 113945528B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
fabry
perot interferometer
gas
paths
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111171349.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113945528A (zh
Inventor
谢品华
吕寅生
徐晋
李昂
胡肇焜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN202111171349.8A priority Critical patent/CN113945528B/zh
Publication of CN113945528A publication Critical patent/CN113945528A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113945528B publication Critical patent/CN113945528B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，包括紫外光学导入***、法布里珀罗干涉仪、聚光透镜、探测器和数据处理***；紫外光学导入***沿光路依次设有紫外光源、准直光路组件、带通滤光片、气体吸收池、分光棱镜、反射镜；分光棱镜将光束分为两条，并通过反射镜将分别射入法布里珀罗干涉仪；法布里珀罗干涉仪用于接收两路光并分别向外输出信号；法布里珀罗干涉仪处理后的光信号分别沿各自光路射出，并经聚光透镜投至探测器；数据处理***用于数据处理。本发明还提供了一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量方法。本发明极大的提高了测量信噪比，同时达到传统光谱测量的测量精度，实现了氨气的高精度快速测量。

Description

一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法
技术领域
本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法。
背景技术
氨气是一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，其易溶于水，却对人体有极大危害。当氨气接触到人体皮肤组织，会产生腐蚀和刺激作用，氨气吸收皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构。同时，氨气对动物或人体的上呼吸道也具有刺激和腐蚀作用，其吸附在皮肤黏膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症。氨气主要来自建筑施工中使用的混凝土外加剂，特别是在冬季施工过程中，在混凝土墙体中加入尿素和氨水为主要原料的混凝土防冻剂，这些含有大量氨类物质的外加剂在墙体中随着温湿度等环境因素的变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放出来，造成室内空气中氨的浓度大量增加。此外，室内装饰材料所用的添加剂和增白剂也大部分使用氨。
目前，对空气中氨气的监测主要有傅里叶变换红外光谱、光声光谱、可调谐吸收光谱技术和差分吸收光谱技术。其中，差分吸收光谱法使用光谱仪测量氨气在紫外波段吸收光谱，利用分子差分吸收截面与差分光学厚度拟合反演出气体浓度。差分吸收光谱法的优点在于仪器结构简单，可同时测量多种气体，其缺点在于仪器经过色散分光，光强较弱，时间分辨率与信噪比较低。而其他氨气测量方法则主要依靠氨气在红外波段的光谱吸收，大多存在着依赖红外光源和探测器的问题，往往价格昂贵。
因此，目前需研究一种测量精度高、时间分辨率高，且成本相对较低的氨气测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法；该装置结合法布里珀罗干涉仪，利用法布里珀罗干涉仪的周期性光谱透过率与分子周期性吸收截面的相关性，实现对分子的特异性测量，由此形成一种针对氨气的高精度测量方法，该方法有效解决了现有氨气测量仪器时间分辨率低及成本高的问题。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，包括紫外光学导入***、法布里珀罗干涉仪、聚光透镜、探测器和数据处理***；
所述紫外光学导入***沿光路方向依次设置有紫外光源、准直光路组件、带通滤光片、气体吸收池、分光棱镜、反射镜；其中，所述紫外光源发出的光束依次通过准直光路组件、带通滤光片、气体吸收池投射到所述分光棱镜；所述分光棱镜将光束分为两条光路，并通过每条光路上分别设置的反射镜将光束分别射入所述法布里珀罗干涉仪；
所述法布里珀罗干涉仪位于两个反射镜反射光的光路相交点上，用于接收两路光并分别向外输出法布里珀罗干涉仪处理后的光信号；所述法布里珀罗干涉仪处理后的两路光信号分别沿各自光路射出，并经过聚光透镜后分别投射至所述探测器；
所述数据处理***与所述探测器相连，用于数据处理，以实现对氨气的高精度快速测量。
作为本发明的优选方式之一，所述紫外光源提供至少190-220nm的宽带连续光源。
作为本发明的优选方式之一，所述准直光路组件包括两个准直透镜与两个光阑，所述两个准直透镜为第一准直透镜、第二准直透镜，两个光阑为第一光阑、第二光阑；其中，所述第一准直透镜位于紫外光源后方，用于对紫外光源发出光束进行一次聚焦准直；所述第一光阑位于第一准直透镜后方，用于对一次聚焦准直后的光束去除杂散光；所述第二准直透镜位于第一光阑后方，用于对光束进行二次聚焦准直；所述第二光阑位于第二准直透镜后方，用于对二次聚焦准直后的光束去除杂散光。
作为本发明的优选方式之一，所述带通滤光片位于准直光路组件后方，用于实现190-220nm波段范围的紫外光通过，并将其余波段光过滤。
作为本发明的优选方式之一，所述气体吸收池位于所述带通滤光片后方，包含进气口和出气口，且吸收池两端面所使用材料允许190-220nm的紫外光线通过；
同时，所述气体吸收池采用由两个平面高反镜组成的反射结构；经过所述准直光路组件的平行光以一定角度入射在气体吸收池后，所述平行光在两个所述平面高反镜之间发生多次反射，并最终以同样的角度输出平行光。其中，采用多次反射设计，经过准直后的光在气体吸收池中多次反射增加光程，从而对提高目标气体探测的灵敏度。
作为本发明的优选方式之一，所述分光棱镜和反射镜构成光路调节组件；所述分光棱镜45度倾斜放置，将经过气体吸收池的光束按光强平均分为两束，一束透过，一束反射；分光后的两路光束再分别由对应光路上的反射镜全部反射；其中，两个所述反射镜分别将光束调整到两个特定角度射出。
作为本发明的优选方式之一，所述法布里珀罗干涉仪使两束由所述分光棱镜和所述反射镜调节到特定角度的光束同时进入到法布里珀罗干涉仪的腔内，并根据法布里珀罗干涉仪的干涉原理，分别产生特定周期光谱结构的光信号输出(两束光进入法布里珀罗干涉仪的角度及法布里珀罗干涉仪参数由理论计算得到)。
作为本发明的优选方式之一，所述法布里珀罗干涉仪由紫外波段空气间隙法布里珀罗标准具构成。法布里珀罗干涉仪，满足以下参数：中心波长205nm，工作波段190-220nm，镜面反射率65％-70％，空气间隙0.0055mm，精细度大于6.5。
作为本发明的优选方式之一，所述探测器包括两个相同的探测器，且分别布置在法布里珀罗干涉仪处理后的两路光信号光路上；所述探测器用于接收190-220nm波段的紫外光信号。
作为本发明的优选方式之一，所述数据处理***通过测量经过法布里珀罗干涉仪对光谱周期性采样后信号，根据琅勃比尔定律计算得到光学厚度，进一步进行差分运算处理实现对于氨气测量。
一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量方法，采用上述基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置进行，包括如下步骤：
(1)使用所述紫外光源发出至少190-220nm的连续紫外光，经由所述准直光路组件准直后成为平行光，再通过所述带通滤光片后滤去除190-220nm外的多余波段；
(2)使用所述气体吸收池通入待测气体，待测气体由进气口通入，出气口通出；由所述紫外光源发出的光在经过准直光路组件和带通滤光片后从所述气体吸收池通光端面进入，经过气体吸收池中待测气体吸收后由另一端面输出；
(3)使用所述分光棱镜将由所述气体吸收池输出的光分为光强相同的两束，一束透过，一束反射；
(4)使用所述反射镜将进过所述分光棱镜得到的两束光调整到两个特定的角度αon和αoff；
(5)使用所述法布里珀罗干涉仪同时接收被调整至特定角度的两路光，并根据以下公式使用所述法布里珀罗干涉仪筛选出相关波长：
式中，αon和αoff为通过反射镜调节后光束进入法布里珀罗干涉仪的角度，R为法布里珀罗干涉仪镜面反射率，d为法布里珀罗干涉仪镜面间距，T为光谱透过率；
(6)使用所述探测器接收由所述聚光透镜汇聚的两路光信号，并根据琅勃比尔定律计算两路的光学厚度，根据以下公式计算差分光学厚度：
式中，DOD为差分光学厚度，τon和τoff分别是两路信号的光学厚度，Ion，Ioff为所述探测器接收到的经过待测气体吸收后的光强信号，I0,on，I0,off为所述探测器接收到的未经过待测气体吸收的光强信号；
(7)经过上述步骤所得的差分光学厚度DOD与待测气体中氨气浓度对应成正比，比例系数由正演模型得出，由此根据上述步骤来得出待测气体中氨气浓度。
本发明相比现有技术的优点在于：本发明采用法布里珀罗干涉仪作为波长选择器件，相比于传统光谱测量方法，本发明无狭缝限制光通量，信号强度更高，且法布里珀罗干涉仪具有更高的光谱分辨率，本发明在保证足够测量精度的条件下具有更高的信噪比。同时，本发明所提供的测量光路装置及方法同样适用于其他具有周期性光谱吸收结构如SO2、BrO、CO2等其他气体分子测量，只需更相适应地换光源、滤光片并相应调整法布里珀罗干涉仪参数及光束入射角度即可。
附图说明
图1是实施例1中基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置的光路图；
图2是实施例1中气体吸收池的反射结构示意图；
图3是实施例2中氨气测量方法中浓度计算原理图。
图中：1为紫外光学导入***，11为紫外光源，12为准直光路组件，121为第一准直透镜，122为第一光阑，123为第二准直透镜，124为第二光阑，13为带通滤光片，14为气体吸收池，141为进气口，142为出气口，143为反射结构，15为分光棱镜，16为反射镜，161为第一反射镜，162为第二反射镜，2为法布里珀罗干涉仪，3为聚光透镜，4为探测器，41为第一探测器，42为第二探测器，5为光束。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1-2所示，本实施例的一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，包括紫外光学导入***1、法布里珀罗干涉仪2、聚光透镜3、探测器4和数据处理***。
紫外光学导入***1沿光路方向依次设置有紫外光源11、准直光路组件12、带通滤光片13、气体吸收池14、分光棱镜15、反射镜16。其中，紫外光源11发出的光束5依次通过准直光路组件12、带通滤光片13、气体吸收池14投射到分光棱镜15；分光棱镜15将15分为两条光路，并通过每条光路上分别设置的反射镜16将光束5调节到特定角度分别射入法布里珀罗干涉仪2。
法布里珀罗干涉仪2位于两个反射镜16反射光的光路相交点上，使两束由分光棱镜45和反射镜16调节到特定角度的光束5同时进入到法布里珀罗干涉仪2的腔内，并根据法布里珀罗干涉仪2的干涉原理，分别产生特定周期光谱结构的光信号输出；法布里珀罗干涉仪2处理后的两路光信号分别沿各自光路射出，并分别经过一个聚光透镜3后分别投射至一个探测器4。
数据处理***包括计算机以及与计算机相连的数据采集卡、存储器；其中，数据采集卡位于探测器4后方，用于采集探测器4中的光信号数据；计算机通过测量经过法布里珀罗干涉仪2对光谱周期性采样后信号，根据琅勃比尔定律计算得到光学厚度，进一步进行差分运算处理实现对氨气的高精度快速测量；存储器位于计算机后方，用于存储数据。
进一步地，在本实施例中，紫外光源11提供至少190-220nm的宽带连续光源。
准直光路组件12包括两个准直透镜与两个光阑，两个准直透镜为第一准直透镜121、第二准直透镜123，两个光阑为第一光阑122、第二光阑124。其中，第一准直透镜121位于紫外光源11后方，用于对紫外光源11发出的光束5进行一次聚焦准直；第一光阑122位于第一准直透镜121后方，用于对一次聚焦准直后的光束5去除杂散光；第二准直透镜123位于第一光阑122后方，用于对光束5进行二次聚焦准直；第二光阑124位于第二准直透镜123后方，用于对二次聚焦准直后的光束5去除杂散光。
带通滤光片13位于第二光阑124后方，用于实现190-220nm波段范围的紫外光通过，并将其余波段光过滤。
气体吸收池14位于带通滤光片13后方，包含进气口141和出气口142，且气体吸收池14两端面所使用材料允许190-220nm的紫外光线通过。
同时，气体吸收池14采用由两个平面高反镜组成的反射结构143；经过准直光路组件12的平行光以一定角度入射在气体吸收池14后，平行光在两个平面高反镜之间发生多次反射，并最终以同样的角度输出平行光。其中，采用多次反射设计，经过准直后的光在气体吸收池14中多次反射增加光程，从而对提高目标气体探测的灵敏度。
分光棱镜15和反射镜16构成光路调节组件。使用时，分光棱镜15将经过气体吸收池14的光束按光强平均分为两束，一束透过，一束反射；分光后的两路光束再分别由对应光路上的反射镜16全部反射。其中，两个反射镜16分别为第一反射镜161、第二反射镜162，二者分别将光束5调整到两个特定角度射出。
进一步地，在本实施例中，法布里珀罗干涉仪2购于SLS optics，由紫外波段空气间隙法布里珀罗标准具构成，仪器参数为：Air Spaced Etalon,65％R at205nm+/-5nm at0to 12degrees AOI,AirGap 0.0055mm+/-0.0002mm,All 7980 0A grade Fused Silica,25mm CA,50.8mm OD,F 6.5,T>85％,total thickness～30mm。
进一步地，在本实施例中，探测器4包括两个相同的探测器4，分别为第一探测器41、第二探测器42，二者分别布置在法布里珀罗干涉仪2处理后的两路光信号光路上；该探测器4用于接收190-220nm波段的紫外光信号。
实施例2
本实施例的一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量方法，采用实施例1中氨气测量装置进行，且参阅图1、图2，包括如下步骤：
(1)使用紫外光源11发出至少190-220nm的连续紫外光，经由准直光路组件12准直后成为平行光，再通过带通滤光片13后滤去除190-220nm外的多余波段；
(2)使用气体吸收池14通入待测气体，待测气体由进气口141通入，出气口142通出；由紫外光源11发出的光束5在经过准直光路组件12和带通滤光片13后从气体吸收池14通光端面进入，经过气体吸收池14中待测气体吸收后由另一端面输出；
(3)使用分光棱镜15将由气体吸收池14输出的光分为光强相同的两束，一束透过，一束反射；
(4)使用反射镜16将进过分光棱镜15得到的两束光调整到两个特定的角度αon和αoff；
(5)使用法布里珀罗干涉仪2同时接收被调整至特定角度的两路光，并根据以下公式使用所述法布里珀罗干涉仪筛选出相关波长：
式中，αon和αoff为通过反射镜16调节后光束进入法布里珀罗干涉仪2的角度，R为法布里珀罗干涉仪镜面反射率，d为法布里珀罗干涉仪镜面间距，T为光谱透过率；
(6)使用探测器4接收由聚光透镜3汇聚的两路光信号，并根据琅勃比尔定律计算两路的光学厚度，根据以下公式计算差分光学厚度：
式中，DOD为差分光学厚度，τon和τoff分别是两路信号的光学厚度，Ion，Ioff为探测器4接收到的经过待测气体吸收后的光强信号，I0,on，I0,off为探测器4接收到的未经过待测气体吸收的光强信号；计算原理见图3。
(7)经过上述步骤所得的差分光学厚度DOD与待测气体中氨气浓度对应成正比，比例系数由正演模型得出，由此根据上述步骤来得出待测气体中氨气浓度。
本发明未尽事宜为公知技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，包括紫外光学导入***、法布里珀罗干涉仪、聚光透镜、探测器和数据处理***；
所述紫外光学导入***沿光路方向依次设置有紫外光源、准直光路组件、带通滤光片、气体吸收池、分光棱镜、反射镜；其中，所述紫外光源发出的光束依次通过准直光路组件、带通滤光片、气体吸收池投射到所述分光棱镜；所述分光棱镜将光束分为两条光路，并通过每条光路上分别设置的反射镜将光束分别射入所述法布里珀罗干涉仪；
所述法布里珀罗干涉仪位于两个反射镜反射光的光路相交点上，用于接收两路光并分别向外输出法布里珀罗干涉仪处理后的光信号；所述法布里珀罗干涉仪处理后的两路光信号分别沿各自光路射出，并经过聚光透镜后分别投射至所述探测器；
所述数据处理***与所述探测器相连，用于数据处理；所述数据处理***通过测量经过法布里珀罗干涉仪对光谱周期性采样后信号，根据琅勃比尔定律计算得到光学厚度，进一步进行差分运算处理实现对于氨气测量；其中，琅勃比尔定律计算两路的光学厚度，根据以下公式计算差分光学厚度：
；
式中，DOD为差分光学厚度，和/>分别是两路信号的光学厚度，Ion，Ioff为所述探测器接收到的经过待测气体吸收后的光强信号，I0,on，I0,off为所述探测器接收到的未经过待测气体吸收的光强信号；
所得的差分光学厚度DOD与待测气体中氨气浓度对应成正比，比例系数由正演模型得出，由此得出待测气体中氨气浓度。
2.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，所述紫外光源提供190-220nm的宽带连续光源。
3.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，所述准直光路组件包括两个准直透镜与两个光阑，所述两个准直透镜为第一准直透镜、第二准直透镜，两个光阑为第一光阑、第二光阑；其中，所述第一准直透镜位于紫外光源后方，用于对紫外光源发出光束进行一次聚焦准直；所述第一光阑位于第一准直透镜后方，用于对一次聚焦准直后的光束去除杂散光；所述第二准直透镜位于第一光阑后方，用于对光束进行二次聚焦准直；所述第二光阑位于第二准直透镜后方，用于对二次聚焦准直后的光束去除杂散光。
4.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，所述带通滤光片位于准直光路组件后方，用于实现190-220nm波段范围的紫外光通过，并将其余波段光过滤。
5.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，所述气体吸收池位于所述带通滤光片后方，包含进气口和出气口，且吸收池两端面所使用材料允许190-220nm的紫外光线通过；
同时，所述气体吸收池采用由两个平面高反镜组成的反射结构；经过所述准直光路组件的平行光以一定角度入射在气体吸收池后，所述平行光在两个所述平面高反镜之间发生多次反射，并最终以同样的角度输出平行光。
6.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，所述分光棱镜和反射镜构成光路调节组件；所述分光棱镜45度倾斜放置，将经过气体吸收池的光束按光强平均分为两束，一束透过，一束反射；分光后的两路光束再分别由对应光路上的反射镜全部反射；其中，两个所述反射镜分别将光束调整到两个特定角度射出。
7.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，所述法布里珀罗干涉仪将两束由所述分光棱镜和所述反射镜调节到特定角度的光束同时进入到法布里珀罗干涉仪的腔内，并分别产生特定周期光谱结构的光信号输出。
8.根据权利要求1所述的基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，其特征在于，所述探测器包括两个相同的探测器，且分别布置在法布里珀罗干涉仪处理后的两路光信号光路上；所述探测器用于接收190-220nm波段的紫外光信号。
9.一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置进行，包括如下步骤：
（1）使用所述紫外光源发出190-220nm的连续紫外光，经由所述准直光路组件准直后成为平行光，再通过所述带通滤光片后去除190-220nm外的多余波段；
（2）使用所述气体吸收池通入待测气体，待测气体由进气口通入，出气口通出；由所述紫外光源发出的光在经过准直光路组件和带通滤光片后从所述气体吸收池通光端面进入，经过气体吸收池中待测气体吸收后由另一端面输出；
（3）使用所述分光棱镜将由所述气体吸收池输出的光分为光强相同的两束，一束透过，一束反射；
（4）使用所述反射镜将进过所述分光棱镜得到的两束光调整到两个特定的角度αon和αoff；
（5）使用所述法布里珀罗干涉仪同时接收被调整至特定角度的两路光，并根据以下公式使用所述法布里珀罗干涉仪筛选出相关波长：
；
；
式中，αon和αoff为通过反射镜调节后光束进入法布里珀罗干涉仪的角度，R为法布里珀罗干涉仪镜面反射率，d为法布里珀罗干涉仪镜面间距，T为光谱透过率；
（6）使用所述探测器接收由所述聚光透镜汇聚的两路光信号，并根据琅勃比尔定律计算两路的光学厚度，根据以下公式计算差分光学厚度：
；
式中，DOD为差分光学厚度，和/>分别是两路信号的光学厚度，Ion，Ioff为所述探测器接收到的经过待测气体吸收后的光强信号，I0,on，I0,off为所述探测器接收到的未经过待测气体吸收的光强信号；
（7）经过上述步骤所得的差分光学厚度DOD与待测气体中氨气浓度对应成正比，比例系数由正演模型得出，由此根据上述步骤来得出待测气体中氨气浓度。
CN202111171349.8A 2021-10-08 2021-10-08 一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法 Active CN113945528B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111171349.8A CN113945528B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111171349.8A CN113945528B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113945528A CN113945528A (zh) 2022-01-18
CN113945528B true CN113945528B (zh) 2023-10-10

Family

ID=79329194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111171349.8A Active CN113945528B (zh) 2021-10-08 2021-10-08 一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113945528B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202939A (en) * 1992-07-21 1993-04-13 Institut National D'optique Fabry-perot optical sensing device for measuring a physical parameter
CN1920533A (zh) * 2005-08-24 2007-02-28 南引明 臭氧浓度测量仪
CN101055243A (zh) * 2007-04-04 2007-10-17 南京旭飞光电有限公司 光纤气体传感的方法和传感器
CN104819957A (zh) * 2015-02-11 2015-08-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种连续可调激光光源的基于crds原理的气体浓度测量***
CN106596421A (zh) * 2016-11-21 2017-04-26 清华大学 空间光调制器的法布里‑珀罗干涉式宽谱段选频采集装置
JP2017156205A (ja) * 2016-03-01 2017-09-07 旭化成エレクトロニクス株式会社 測定装置、測定方法、および携帯端末
CN107300539A (zh) * 2017-05-24 2017-10-27 中国科学院合肥物质科学研究院 基于双光路法布里珀罗干涉仪的ch4柱浓度遥测装置
CN112858206A (zh) * 2021-01-13 2021-05-28 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于可调谐fpi的中红外气体测量方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012007030C5 (de) * 2012-04-05 2019-01-10 Drägerwerk AG & Co. KGaA Vorrichtung und Verfahren zur schnellen Aufnahme eines Absorptionsspektrums eines Fluids

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202939A (en) * 1992-07-21 1993-04-13 Institut National D'optique Fabry-perot optical sensing device for measuring a physical parameter
CN1920533A (zh) * 2005-08-24 2007-02-28 南引明 臭氧浓度测量仪
CN101055243A (zh) * 2007-04-04 2007-10-17 南京旭飞光电有限公司 光纤气体传感的方法和传感器
CN104819957A (zh) * 2015-02-11 2015-08-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种连续可调激光光源的基于crds原理的气体浓度测量***
JP2017156205A (ja) * 2016-03-01 2017-09-07 旭化成エレクトロニクス株式会社 測定装置、測定方法、および携帯端末
CN106596421A (zh) * 2016-11-21 2017-04-26 清华大学 空间光调制器的法布里‑珀罗干涉式宽谱段选频采集装置
CN107300539A (zh) * 2017-05-24 2017-10-27 中国科学院合肥物质科学研究院 基于双光路法布里珀罗干涉仪的ch4柱浓度遥测装置
CN112858206A (zh) * 2021-01-13 2021-05-28 中国科学院合肥物质科学研究院 一种基于可调谐fpi的中红外气体测量方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113945528A (zh) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5767976A (en) Laser diode gas sensor
JP3741465B2 (ja) デュアルビーム同調性分光計
US5444528A (en) Tunable spectrometer with acousto-optical tunable filter
US11397149B2 (en) Laser radar system apparatus for multi-wavelength measurement of atmospheric carbon dioxide concentration and vertical aerosol profile
CN104280362B (zh) 一种高温水汽激光光谱在线检测***
US8269971B1 (en) System and method for simultaneous detection of a gas using a mode-locked based transmitter
EP1055104A1 (en) Radiation source assembly and transducer for analyzing gases or other substance
JPH102857A (ja) 赤外法によるガス混合物の分析
RU2722066C2 (ru) Многоканальный датчик пыли
JP2002541476A (ja) 物質検出のための差分吸収放射分析に基づく光学経路スイッチング
CN113624644B (zh) 光学检测***及血细胞分析仪
US7755767B2 (en) Resonator-amplified absorption spectrometer
CN113945528B (zh) 一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法
JP2007192751A (ja) 光学分析装置
CN108872125A (zh) 一种基于中外红量子级联激光器长光程差吸收光谱法的痕量so2气体检测装置
RU2613200C1 (ru) Лазерный газоанализатор
RU201025U1 (ru) Двухканальный лидар ближнего ик-диапазона
Okita et al. Small-volume cavity cell using hollow optical fiber for Raman scattering-based gas detection
CN114428057B (zh) 材料宽谱吸收特性测量装置和测量方法
CN110470605A (zh) 一种基于光纤耦合模式的多节点光声气体检测方法
CN108827906A (zh) 一种近红外光谱多组分气体在线检测***及方法
KR20050008124A (ko) 대류권 오존과 비구형성의 분진을 동시에 관측하기 위한레이저 광송신장치,광수신장치 및 라이다 시스템
CN111537414A (zh) 一种液体光学腔增强测量***
US20080043231A1 (en) Analysis Device
CN112782127A (zh) 一种火灾早期多组分气体激光遥测装置及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant