本发明专利技术提供基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置。激光经过光学隔离器和光声池被第一反射镜反射，反射激光经过光声池和光学隔离器被第二反射镜反射，反射激光经过光学隔离器和光声池再次被第一反射镜反射，再次反射激光经过光声池和光学隔离器后输出，锁相放大器与麦克风、信号发生器连接，将光声信号从噪声中提取，并通过计算机计数得到气溶胶吸收系数。本发明专利技术解决了现有技术中基于光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置没有充分利用激光功率影响检测精度的技术问题。本发明专利技术的有益效果为：激光在光声池内多次反射，在不提高激光输出功率的情况下提高光声池内激光功率；提高光声信号的幅值增强检测装置灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置
本专利技术涉及环境、气象观测装置，尤其是涉及一种光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置。
技术介绍
气溶胶具有消光效应，会吸收和散射太阳光，导致到达地面的太阳光减少，从而降低大气温度，影响全球气候。气溶胶会导致大气能见度降低，直接影响交通运输安全。同时气溶胶的吸收系数与黑碳的浓度密切相关，通过气溶胶的吸收系数可以研究气溶胶的成分。因此研究气溶胶光学吸收系数检测装置具有十分重要的意义。目前气溶胶的吸收系数通常采用黑碳仪进行黑碳浓度测量，进而得到气溶胶吸收系数。黑碳仪采用透光均匀的石英纤维膜采集大气气溶胶样品，经过一段时间富集后测量黑碳的吸收系数，进而得到气溶胶中黑碳的浓度，黑碳浓度乘以一定的系数就可以得到大气气溶胶的吸收系数。但是黑碳仪测量时间较长，往往需要几分钟至几十分钟，不能实现实时测量。同时黑碳仪并不是直接测量气溶胶吸收系数，需要通过换算才能得到气溶胶吸收系数，存在一定误差。气溶胶吸收系数可采用光声光谱技术实现直接、实时测量。光声光谱技术基于光声效应，介质吸收光能后温度升高，不吸收光能后温度降低。将入射光在声频范围内进行光强或者波长的周期性调制，使得介质温度发生周期性变化，从而产生声波，在光声池内通过探测光声信号强度就可以求出介质的吸收系数。光声信号强度与介质的吸收系数、光功率成正比。中国专利申请公布号CN103604752A，申请公布日2014年2月26日，名称为“基于光声光谱的气溶胶光学吸收系数检测装置”的专利技术专利公开文件，公开的基于光声光谱技术的气溶胶吸收系数检测装置，包括激光器、电光强度调制器、光声池、光电探测器、麦克风、前置放大器、锁相放大器、电脑和信号发生器；激光器发出的光通过电光强度调制器、光声池后，垂直入射到光电探测器，光电探测器的信号线与装有数据采集卡的电脑相连；信号发生器的信号线分别与电光强度调制器和锁相放大器的参考信号端相连；装在光声池中的麦克风信号线与前置放大器的输入端相连，前置放大器的输出端与锁相放大器的检测信号端相连，锁相放大器的信号输出端与电脑相连。该技术方案采用电光调制对激光强度进行调制，提高了系统的信噪比。通过检测光声信号的幅值，可计算出气溶胶颗粒在一定波长下的光吸收系数。但是，激光只单次通过光声池，并没有充分利用激光功率，光声信号的幅值低，检测装置的测量灵敏度不高，影响检测精度。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的基于光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置没有充分利用激光功率，光声信号的幅值低，影响检测精度的技术问题，本专利技术提供一种基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置，使得激光在光声池内多次反射，达到提高了光声池内的激光功率，进而提高了光声信号的幅值、提高了检测装置的测量灵敏度的目的。本专利技术的技术方案是：一种基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置，它包括激光发射器、锁相放大器、光声池、第一反射镜、第二反射镜、光学隔离器，激光发射器发射的激光经过光学隔离器和光声池射入第一反射镜，第一反射镜反射的激光经过光声池和光学隔离器射入第二反射镜，第二反射镜反射的激光经过光学隔离器和光声池再次射入第一反射镜，第一反射镜再次反射的激光经过光声池和光学隔离器后隔离输出，光声池连接有麦克风，麦克风与锁相放大器电连接，锁相放大器分别电连接有信号发生器和计算机。采用光学隔离器实现激光在光声池内多次反射，在不提高激光输出功率的情况下，提高光声池内激光功率，进而提高了光声信号的幅值、提高了检测装置的测量灵敏度。作为优选，光学隔离器包括1/4波片、第一偏振片、45°法拉第旋光器、1/2波片、第二偏振片，激光发射器输出线偏振p光，依次穿过第二偏振片、1/2波片和45°法拉第旋光器成为偏振p光，偏振p光依次穿过第一偏振片和1/4波片成为圆偏光，圆偏光穿过光声池后由第一反射镜反射返回再次穿过光声池，经过1/4波片成为线偏振s光，线偏振s光被第二反射镜反射返回穿过1/4波片成为圆偏光，圆偏光穿过光声池后由第一反射镜反射返回再次穿过光声池，经过1/4波片由圆偏光变为线偏振p光，线偏振p光穿过第一偏振片、经过45°法拉第旋光器，再穿过1/2波片，变为线偏振s光，线偏振s光射向第二偏振片时被反射输出。实现一次发射激光，四次通过光声池。作为优选，信号发生器发生与光声池共振频率一致的周期信号。作为优选，激光发射器受信号发生器调制；激光发射器输出光强周期调节的激光。激光发射器还可以采用包括光强调制器的激光发射器，激光发射器输出连续激光经光强调制器调制后，输出光强周期调制的激光。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用光学隔离器实现激光在光声池内多次反射，在不提高激光输出功率的情况下，提高光声池内激光功率；光声信号正比于光声池内激光功率，从而提高了光声信号的幅值、提高了检测装置的测量灵敏度。附图说明附图1为本专利技术示意图；附图2为光声池结构示意图。图中：1-激光发射器；2-信号发生器；3-锁相放大器；4-计算机；5-光声池；8-光学隔离器；51-麦克风；52-右缓冲气室；53-右窗口片；54-出气口；55-共振腔；56-进气口；57-左窗口片；58-左缓冲气室；61-第一反射镜；62-第二反射镜；71-第一45°反射镜；72-第二45°反射镜；81-1/4波片；83-45°法拉第旋光器；84-1/2波片；821-第一偏振片；822-第二偏振片。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例1：如图1和2所示，图中虚线表示光路，箭头表示光路方向；细实线表示电连接。一种基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置，它包括激光发射器1、信号发生器2、锁相放大器3、计算机4、光声池5、第一反射镜61、第二反射镜62、第一45°反射镜71；第二45°反射镜72、光学隔离器8。激光发射器1发射的激光经过光学隔离器8和光声池5射入第一反射镜61。第一反射镜61反射的激光经过光声池5和光学隔离器8射入第二反射镜62。第二反射镜62反射的激光经过光学隔离器8和光声池5再次射入第一反射镜61。第一反射镜61再次反射的激光经过光声池5和光学隔离器8后隔离输出。第一反射镜61和第二反射镜62均为0°反射镜。光学隔离器8包括1/4波片81、第一偏振片821、45°法拉第旋光器83、1/2波片84、第二偏振片822。光声池5包括麦克风51、右缓冲气室52、右窗口片53、出气口54、共振腔55、进气口56、左窗口片57、左缓冲气室58。共振腔55为圆柱腔体，具有实现光声信号的放大作用。圆柱腔体中间部分开有小孔，用于放置麦克风5检测光声信号。共振腔55两端分别与右缓冲气室52和左缓冲气室58连通。进气口56与左缓冲气室58连通；出气口54与右缓冲气室52连通。激光发射器1输出波长为532nm的激光。激光光强受信号发生器2调制，信号发生器2发生正弦信号的频率与光声池5共振频率一致。激光发射器1发射线偏振p光，通过第二45°反射镜72反射后，依次穿过第二偏振片822和1/2波片84后偏振方向发生45°旋转，经过45°法拉第旋光器83后重新变为偏振p光。偏振p光依次穿过第一偏振片821和1/4波片本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置，它包括激光发射器（1）、锁相放大器（3）、光声池（5）、第一反射镜（61）、第二反射镜（62）、光学隔离器（8），其特征在于：所述激光发射器（1）发射的激光经过光学隔离器（8）和光声池（5）射入第一反射镜（61），第一反射镜（61）反射的激光经过光声池（5）和光学隔离器（8）射入第二反射镜（62），第二反射镜（62）反射的激光经过光学隔离器（8）和光声池（5）再次射入第一反射镜（61），第一反射镜（61）再次反射的激光经过光声池（5）和光学隔离器（8）后隔离输出，所述光声池（5）连接有麦克风（51），麦克风（51）与锁相放大器（3）电连接，所述锁相放大器（3）分别电连接有信号发生器（2）和计算机（4）。
【技术特征摘要】
1.一种基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置，它包括激光发射器（1）、锁相放大器（3）、光声池（5）、第一反射镜（61）、第二反射镜（62）、光学隔离器（8），其特征在于：所述激光发射器（1）发射的激光经过光学隔离器（8）和光声池（5）射入第一反射镜（61），所述光学隔离器（8）包括1/4波片（81）、第一偏振片（821）、45°法拉第旋光器（83）、1/2波片（84）、第二偏振片（822），第一反射镜（61）反射的激光经过光声池（5）、1/4波片（81）和第一偏振片（821）射入第二反射镜（62），第二反射镜（62）反射的激光经过第一偏振片（821）、1/4波片（81）和光声池（5）再次射入第一反射镜（61），第一反射镜（61）再次反射的激光经过光声池（5）、1/4波片（81）、第一偏振片（821）、45°法拉第旋光器（83）、1/2波片（84）和第二偏振片（822）后隔离输出，所述光声池（5）连接有麦克风（51），麦克风（51）与锁相放大器（3）电连接，所述锁相放大器（3）分别电连接有信号发生器（2）和计算机（4）。2.根据权利要求1所述的基于激光多次反射光声光谱技术的气溶胶光学吸收系数检测装置，其特征在于：所述激光发射器（1）输出线偏振p光，依次穿过第二偏振片（...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘孙强，张建锋，陈哲敏，裘越，
申请(专利权)人：浙江省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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