光纤收发的空气差分吸收光谱测量方法研究

发布时间：2021-06-07

第３第１３卷，０期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析

年２０１３１０月　　　　　　　　　　　　ＳｅｃｔｒｏｓｃｏｎｄＳｅｃｔｒａｌＡｎａｌｓｉｓｐｐｙａｐｙＶｏｌ．３３，Ｎｏ．１０，２７８３２７８６ｐｐ

，Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１３　

光纤收发的空气差分吸收光谱测量方法研究

魏永杰１，耿晓娟１，陈　博１，刘翠翠１，陈文亮２

１．河北工业大学机械工程学院，天津　３００１３０２．天津同阳科技发展有限公司，天津　３００４５７

摘　要　环境污染气体监测是防治大气污染的前提条件。污染气体的监测方法中，光谱分析方法具有原理可见光谱范围的特征吸收和结构简单、响应速度快、精度高等优点。差分吸收光谱法利用气体分子在紫外来测量其浓度含量，是环境气体监测领域的典型光谱分析方法。根据差分吸收光谱的测量原理，提出光纤收发一体测量结构，将该结构应用于空气质量监测中。氙灯光源经耦合透镜耦合后进入入射光纤，经望远镜系统准直后出射，经过被测气体之后，由位于被测气体另一端的角锥棱镜反射后沿原路返回，再次经过望远系统汇聚，携带被测气体的信息经出射光纤传入光谱仪。根据该方法研制了样机，采用ＳＯＮＯ２，２标准气体对样机进行标定，并应用样机对大气中的污染气体进行现场监测。实验结果表明，该方法能够满足空气质量监测要求。

关键词　差分吸收光谱；收发光纤；空气质量监测

：／（）中图分类号：ＴＨ７９　　文献标识码：Ａ　　　犇犗犐１０．３９６４．ｉｓｓｎ．１００００５９３２０１３１０２７８３０４ｊ

在同一望远镜内，借助一组角反射镜把望远镜系统发出的平

引　言

　　环境污染是近年来全世界广泛关注的焦点问题，在各种

环境污染中，大气污染尤为突出。随着现代化工业社会的迅猛发展，实现环境空气质量自动监测是防治污染、保护环境的前提条件。

差分吸收光谱法（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｏｔｉｃａｌａｂｓｏｒｔｉｏｎｓｅｃｔｒｏｓｐｐｐ，）是光谱分析方法在气体分析领域的典型应用，ｃｏＤＯＡＳｐｙ

它作为近二十几年来逐渐发展起来的检测技术，由于其独特的优势而成为很有发展前途的测试技术。该方法具有原理和结构简单、响应速度快、精度高等优点。ＤＯＡＳ技术利用气体分子在紫外－可见光谱范围的特征吸收来测量其浓度含量，现已被广泛应用于测量环境大气中痕量污染气体的浓度，如ＳＯＮＯ２，２等，在地面、船载、机载、星载等领域实现

１４］

。了跨平台探测［

行光再次原路返回系统，简化了ＤＯＡＳ系统结构，光程是前述结构的两倍，也是目前常采用的一种典型结构。目前已经

［］［］

有人采用多光路主动ＤＯＡＳ７、被动多轴ＤＯＡＳ８等技术对

大气进行监测。

为了提高ＤＯＡＳ系统光谱利用效率、简化仪器结构和调整，提出光纤一体式空气差分吸收光谱测量方法。

１　测量原理

ＯＡＳ原理基于ＬａｍｂｅｒｔＢｅｅｒ吸收定律，当一束光穿过　　Ｄ

一定厚度的大气，光会被其中的分子选择性吸收，使光的强度和光谱结构发生变化。其数学表达式为

（（（）犐（ｅｘ犮犔）１－σλ）＝犐λ）λ）ｐ０（

其中λ示波长，为发射光强，为透犮为气体浓度，犐犐（λ）λ）０（为吸收截面。射光光强，犔为吸收介质的厚度，即光程，σ（λ）