本发明专利技术提供了一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，包括紫外光学导入系统、法布里珀罗干涉仪、聚光透镜、探测器和数据处理系统；紫外光学导入系统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；数据处理系统用于数据处理。本发明专利技术还提供了一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量方法。本发明专利技术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。实现了氨气的高精度快速测量。实现了氨气的高精度快速测量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及环境监测领域，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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
专利技术内容
[0005]本专利技术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。
[0006]本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0007]一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置，包括紫外光学导入系统、法布里珀罗干涉仪、聚光透镜、探测器和数据处理系统；
[0008]所述紫外光学导入系统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；
[0009]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；
[0010]所述数据处理系统与所述探测器相连，用于数据处理，以实现对氨气的高精度快速测量。
[0011]作为本专利技术的优选方式之一，所述紫外光源提供至少190
‑
220nm的宽带连续光源。
[0012]作为本专利技术的优选方式之一，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。
[0013]作为本专利技术的优选方式之一，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。
[0014]作为本专利技术的优选方式之一，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；
[0015]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。
[0016]作为本专利技术的优选方式之一，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。
[0017]作为本专利技术的优选方式之一，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)。
[0018]作为本专利技术的优选方式之一，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。
[0019]作为本专利技术的优选方式之一，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。
[0020]作为本专利技术的优选方式之一，所述数据处理系统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。
[0021]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：
[0022](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；
[0023](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；
[0024](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；
[0025](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α
on
和α
off
；
[0026](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本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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，包括紫外光学导入系统、法布里珀罗干涉仪、聚光透镜、探测器和数据处理系统；所述紫外光学导入系统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；所述数据处理系统与所述探测器相连，用于数据处理。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，所述紫外光源提供至少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...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢品华，吕寅生，徐晋，李昂，胡肇焜，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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