本實(shí)用新型涉及環(huán)境科學(xué)、激光雷達(dá)領(lǐng)域，具體為一種多軸差分吸收光譜儀的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多軸差分吸收光譜儀是一種利用太陽散射光測(cè)量大氣痕量污染氣體的技術(shù)，其具有測(cè)量下限低，無需光源、成本低等特點(diǎn)，是獲取空間污染氣體空間分布的一種手段，然而目前的多軸差分吸收光譜儀的光譜儀模塊存在零漂、溫漂等問題，需要定期校準(zhǔn)，而受儀器原理的限制，其標(biāo)定流程較為繁瑣，通常需要專業(yè)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和解讀，給設(shè)備的使用帶來了一定的障礙，影響了其推廣使用。

現(xiàn)有技術(shù)方案中，為了使光譜儀的波長(zhǎng)盡可能穩(wěn)定，通常將光譜儀放置在溫度可控的冰箱內(nèi)或者用開放式的TEC控溫，然而光譜儀的波長(zhǎng)漂移除了溫漂外，還有零漂，因此單純控溫并不是一種非常理想的解決方案，并且目前實(shí)際采用的控溫，不管是冰箱還是開放式TEC，均存在溫控性能不穩(wěn)定，受環(huán)境溫度變化影響大的問題，并不能有效控溫的問題。為了減小控溫系統(tǒng)的缺陷，在使用中察覺到數(shù)據(jù)異常后，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工校準(zhǔn)，這會(huì)讓一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)無效。除了溫度影響外，光譜儀的漂移還與濕度有關(guān)，如果不對(duì)其進(jìn)行有效控制，仍然會(huì)讓波長(zhǎng)產(chǎn)生緩慢的漂移。

《物理學(xué)報(bào)》2007年03期的“光纖模式混合器在差分吸收光譜系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”、2007年01期的《大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào)》中的“北京冬季大氣SO2、NO2與O3的監(jiān)測(cè)與分析”、以及“H?nninger, G. and Platt, U., Observations of BrO and its vertical distribution during surface ozone depletion at Alert”三篇文獻(xiàn)均給出了通用多軸差分吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)，在如上所述的結(jié)構(gòu)中，均未對(duì)光譜儀進(jìn)行有效的控溫和波長(zhǎng)標(biāo)定，設(shè)備通常只允許短期運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種多軸差分吸收光譜儀的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)，采用光源的

特征窄線寬輻射對(duì)接收鏡頭采集到光譜進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)定，完全消除溫度、濕度對(duì)光譜漂移的影響，甚至對(duì)震動(dòng)對(duì)光譜儀的影響也能降到最低，為了達(dá)到以上目的，采用以下技術(shù)方案：包括有：接收鏡頭、光開關(guān)、光源以及光譜儀，所述光譜儀包括有：感光元件、光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析單元，利用光開關(guān)進(jìn)行正常測(cè)量的光通道與校準(zhǔn)測(cè)量通道的切換，正常測(cè)量的光通道包括有接收鏡頭、光開關(guān)以及光譜儀，接收鏡頭發(fā)射的光經(jīng)光譜儀分析得到實(shí)際測(cè)量值；校準(zhǔn)測(cè)量通道包括光源、光開關(guān)以及光譜儀，光源經(jīng)光譜儀分析得到的校準(zhǔn)光譜值，利用數(shù)據(jù)分析單元對(duì)標(biāo)定實(shí)際測(cè)量值校準(zhǔn)。

優(yōu)選的，所述感光元件可為線陣CCD，所述感光元件用于接收光譜儀分光光

路分配的光信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

優(yōu)選的，所述光開關(guān)采用1×2 光開關(guān)，實(shí)現(xiàn)正常測(cè)量的光通道、校準(zhǔn)測(cè)量

通道的通斷切換。

優(yōu)選的，所述光源可以是汞燈、氙燈、鈉燈或其他可發(fā)射特征光譜線的光源。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

本實(shí)用新型正常測(cè)量時(shí)，利用接收鏡頭將接收到的光經(jīng)光開關(guān)傳輸給光譜儀，通過光譜儀的數(shù)據(jù)分析單元進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)分析處理；在測(cè)量周期間隙內(nèi)，光源發(fā)光經(jīng)光開關(guān)給光譜儀，由于光源為發(fā)射特征光譜線的光源，且光源光譜信息相對(duì)于較穩(wěn)定，光譜儀對(duì)具有特征光譜線的光譜信息進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算，校準(zhǔn)光譜信號(hào)，采用光源的特征窄線寬輻對(duì)光譜儀采集到光譜進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)定，避免了溫漂、零漂和濕度等因素對(duì)光譜儀的影響，確保光譜實(shí)時(shí)有效，無需不定期的人為標(biāo)定。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)示意圖；

圖2位本實(shí)用新型中關(guān)于光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本專利中又一種系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合一次具體的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在此，本實(shí)用新型的示意性事例用于解釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常的多軸差分吸收光譜儀由光譜儀和接收鏡頭兩部分組成，接收鏡頭包含有鏡頭轉(zhuǎn)向裝置或者分光裝置來實(shí)現(xiàn)多軸觀測(cè)，為了使光譜儀的波長(zhǎng)盡可能穩(wěn)定，通常將光譜儀放置在溫度可控的冰箱內(nèi)或者用開放式的TEC控溫。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供的測(cè)量校準(zhǔn)系統(tǒng)包括有：接收鏡頭、光開關(guān)、光源以及光譜儀，所述光譜儀包括有：感光元件、光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析單元，所述感光元件可為線陣CCD，光譜儀的分光光路會(huì)將一束光按照波長(zhǎng)/顏色不同分配到線陣CCD的不同像元上，像元個(gè)數(shù)通常有1024/2068個(gè)不等，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，優(yōu)選為電壓值，若線陣CCD有1024個(gè)像元?jiǎng)t有1024個(gè)電壓值，如果將像元編號(hào)作為橫軸，電壓值作為縱軸，則會(huì)形成一條高低變化的曲線，對(duì)曲線上的一些峰通過尋峰算法，包括最大值法、高斯擬合、拋物線擬合等算法尋找出來，然后將擬合峰的橫坐標(biāo)和查表得到的這些峰的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)，已知峰的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)是有數(shù)據(jù)庫可以查詢到的，進(jìn)行線性或者非線性擬合，記得到像元與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

對(duì)于光譜儀的工作屬于現(xiàn)有技術(shù)，不作詳細(xì)說明，本實(shí)用新型要保護(hù)的重點(diǎn)在于：利用光開關(guān)進(jìn)行正常測(cè)量的光通道與校準(zhǔn)測(cè)量通道的切換，利用光譜儀分別對(duì)正常測(cè)量的光通道傳輸?shù)墓狻⑿?zhǔn)測(cè)量通道傳輸?shù)墓膺M(jìn)行光譜分析，分別達(dá)到實(shí)際測(cè)量值校準(zhǔn)和校準(zhǔn)光譜值，利用校準(zhǔn)光譜值對(duì)標(biāo)定實(shí)際測(cè)量值校準(zhǔn)。

如圖2所示，光開關(guān)采用1×2 光開關(guān)，可選用機(jī)械式的也可選用電光開關(guān)，

實(shí)現(xiàn)正常測(cè)量的光通道、校準(zhǔn)測(cè)量通道的通斷切換，即測(cè)量周期內(nèi)只有正常測(cè)量的光通道處于通的狀態(tài)，而在測(cè)量周期間隙內(nèi)，正常測(cè)量的光通道處于關(guān)閉的狀態(tài)，而此時(shí)校準(zhǔn)測(cè)量通道處于通的狀態(tài)，采用結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，減少兩個(gè)通道之間的相互干擾，使得測(cè)量值更精確。

進(jìn)一步的說，用于正常測(cè)量的光通道包括有接收鏡頭、光開關(guān)以及光譜儀，測(cè)量周期內(nèi)，接收鏡頭發(fā)射的光經(jīng)光開關(guān)光譜儀分析得到實(shí)際測(cè)量值，確切的說是經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊得到與線陣CCD像元個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)的電壓值數(shù)量，得到以像元編號(hào)、電壓值為坐標(biāo)軸的曲線，并經(jīng)過現(xiàn)有已知的尋峰算法進(jìn)行尋峰，并得到鋒的波長(zhǎng)，進(jìn)而得到像元與波長(zhǎng)的關(guān)系，更明確地說是得到光譜信息，即看出實(shí)際測(cè)量的光的不同波長(zhǎng)的分布狀態(tài)。

校準(zhǔn)測(cè)量通道包括光源、光開關(guān)以及光譜儀，光源經(jīng)光譜儀分析得到的校準(zhǔn)光譜值，確切的說是得到校準(zhǔn)光源的光譜信息，即看出作為參考值的光源的不同波長(zhǎng)的分布狀態(tài)，所述光源可以是汞燈、氙燈、鈉燈或其他可發(fā)射特征光譜線的光源，其發(fā)射的光穩(wěn)定，受溫度、濕度影響小，即產(chǎn)生的溫漂、零漂小，測(cè)量的值更精確，用于對(duì)實(shí)際測(cè)量光譜標(biāo)定，無需采用將光譜儀放置于溫度可控的冰箱內(nèi)或者用開放式的TEC控溫，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、操作更便捷。

本專利申請(qǐng)采用的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)間隔的實(shí)際測(cè)量和校準(zhǔn)測(cè)量，是為了避免了震動(dòng)對(duì)光譜儀的影響，由于震動(dòng)會(huì)讓光譜儀的線陣CCD相對(duì)光開關(guān)的相對(duì)位置變化，使原先標(biāo)定的CCD像元和波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系失效，實(shí)時(shí)標(biāo)定和校準(zhǔn)功能會(huì)將震動(dòng)導(dǎo)致的CCD像元和波長(zhǎng)的變化實(shí)時(shí)糾正，使設(shè)備能夠在有震動(dòng)的環(huán)境下運(yùn)行，完全勝任實(shí)驗(yàn)室和車載需要，為儀器的可靠運(yùn)行提供一種有效的解決方案。

本專利申請(qǐng)中，光源的光為寬譜的，沒有特征吸收峰的光，為此在校準(zhǔn)測(cè)量通道上添加氣體室，如圖3所示，氣體室內(nèi)封裝具有一定氣壓和溫度的氣體，寬譜光源發(fā)出的光經(jīng)氣體室后會(huì)有一些特征吸收峰，經(jīng)過氣體室后，光源發(fā)的光會(huì)有一些波長(zhǎng)被氣體吸收，光譜就變得不平滑了，有一些吸收峰，能夠提高分析的靈敏度。

進(jìn)一步的，氣體如果測(cè)量些紫外有吸收的污染氣體（NO2、SO2、O3等），氣體室可以封裝SO2氣體，因?yàn)镾O2氣體在紫外有強(qiáng)吸收，且吸收峰分布寬，線寬窄，容易分辨；如果要測(cè)量近紅外有吸收的污染氣體（CH4、C2H2等），氣體室可以封裝C2H2氣體，原因與SO2類似，只是C2H2的吸收峰在近紅外波長(zhǎng)區(qū)。