CN205786289U - 一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪，包括前光学***、单色器、后光学***、信号接收处理***、显示器，单色器设置在前光学***和后光学***之间，前光学***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***由四组透镜组成，透镜设置在对应的单色器的某一通道上，信号接收处理***由CCD探测器和信号处理器组成，CCD探测器接收面位于后光学***的焦面位置，CCD探测器通过信号处理器连接显示器。本实用新型具有分辨率较高、光通量较高、光谱范围较宽、应用通道可以灵活增减的优点，综合性能高，可以广泛用于多种温室气体的分析和测量。

Description

一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪

技术领域

本实用新型涉及光学仪器领域，具体是一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪。

背景技术

水汽、二氧化碳、甲烷等是大气中主要的温室气体，而针对大气温室气体的探测和定量化解析需要拥有较高的光谱分辨能力的光谱仪器。单色器是该类光谱仪器的核心器件，用来对温室气体的光谱信息进行提取，以便获得需要的信息。根据所用的单色器不同，光谱仪器主要有以下几种。

棱镜-光栅-棱镜（PGP）型光谱仪器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，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。

傅里叶变换型光谱仪器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。

目前的光谱仪器难以同时兼顾光谱分辨率、光通量、光谱测量范围等特性。开发一种用于温室气体分析的具有较高综合性能的光谱仪器显得尤为迫切。

实用新型内容

为了解决目前光谱仪器中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪，包括前光学***、单色器、后光学***、信号接收处理***、显示器，所述单色器设置在前光学***和后光学***之间，所述的前光学***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，且主反射镜的开口尺寸大于次反射镜反射的出射平行光尺寸，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***由四组透镜组成，每组透镜由若干透镜组成，透镜设置在对应的单色器的某一通道上，单色器出射的光会聚并成像在后光学***的焦面上；

所述的信号接收处理***由CCD探测器和信号处理器组成，所述的CCD探测器接收面位于后光学***的焦面位置，所述的信号处理器与CCD探测器连接，所述的信号处理器上连接显示器。

作为本实用新型进一步的方案：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。

作为本实用新型再进一步的方案：所述的主反射镜和次反射镜表面均涂有反射光学膜层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用旋转滤光片单色器作为分光器件，具有分辨率较高、光通量较高、光谱范围较宽、应用通道可以灵活增减等优点，综合性能高，可以广泛用于多种温室气体的分析和测量。

附图说明

图1为本实用新型的连接示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。

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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～2，本实用新型实施例中，一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪，包括前光学***、单色器、后光学***、信号接收处理***、显示器，单色器设置在前光学***和后光学***之间。前光学***将目标发出的光转换成匹配单色器口径的平行光束，单色器接收平行光束并且进行光谱扫描，后光学***将单色器输出的含有光谱信息的光束进行会聚，并将目标成像在后光学***的接收面上，信号接收处理***将接收到的光信号转换成电信号，并进行相应的信号处理，送给显示器输出。

前光学***由主反射镜12和次反射镜13组成，主反射镜的中间设置有一开口，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，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接收来自被测物体发出的光线，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接收主反射镜反射会聚的光线，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；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；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***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***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、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，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，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，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，可根据所关注的温室气体的种类灵活更换其中单色器的通道数和测量光谱范围，利用一台仪器实现大多数温室气体的测量分析，具有较高的性价比。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型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实用新型。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，本实用新型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实用新型内。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 (3)

1.一种基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪，包括前光学***、单色器、后光学***、信号接收处理***、显示器，所述单色器设置在前光学***和后光学***之间，其特征在于，所述的前光学***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，且主反射镜的开口尺寸大于次反射镜反射的出射平行光尺寸，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***由四组透镜组成，每组透镜由若干透镜组成，透镜设置在对应的单色器的某一通道上，单色器出射的光会聚并成像在后光学***的焦面上；

所述的信号接收处理***由CCD探测器和信号处理器组成，所述的CCD探测器接收面位于后光学***的焦面位置，所述的信号处理器与CCD探测器连接，所述的信号处理器上连接显示器。

2.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪，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。

3.根据权利要求1所述的基于旋转滤光片单色器的温室气体分析仪，其特征在于，所述的主反射镜和次反射镜表面均涂有反射光学膜层。