吸收定律可表示为

犐（λ）＝犐０（

λ）ｅｘｐ［－（σ狊（λ）犮犔＋σ犳（λ）犮犔）］＝犐′０（

λ）ｅｘｐ［－σ犳（λ）犮犔］（２

）　　则气体浓度为

犮＝

ｌｎ［犐′０（）／犐（）］σ犳（λ）犔

（３）　　测量的吸收光谱由ＳａｖｉｔｚｋｙＧｏｌａｙ（

ＳＧ）滤波［９］

进行分离得到犐′０（

λ）／犐（λ），将吸收截面作相同滤波处理得到σ犳

（λ），对两者进行最小二乘拟合，得到气体浓度。

目前广泛采用的ＤＯＡＳ系统一般基于Ｎｅｗｔｏｎ望远镜和Ｃａｓｓｅｇ

ｒａｉｎ望远镜的双结构。在这种结构中，由氙灯发出的光经球面反射镜准直后出射，经过几百米甚至数千米的光程，由位于另一端的角锥棱镜反射后，再次经过望远镜系统，会聚于望远镜的焦点上，经光纤进入光谱仪测量得到吸收光谱。

该结构中光线多次经反射镜遮挡，造成光谱利用效率低，且仪器调整和光路对中困难，为此，提出了光纤收发一

体式结构［

１０］

，如图１所示

。犉犻犵１　犜犺犲狆狉犻狀犮犻狆犾犲狅犳犇犗犃犛狊狔

狊狋犲犿狑犻狋犺狋狉犪狀狊犿犻狋狉犲犮犲犻狏犲犳犻犫犲狉狊

１：Ｘｅｎｏｎｌａｍｐｌｉｇｈｔ；２：Ｃｏｕｐｌｅｌｅｎｓ；３：Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｆｉｂｅｒ；４：Ｆｉｂｅｒｐ

ｏｒｔｓ；５：Ｃｏｎｃａｖｅｍｉｒｒｏｒ；６：Ｐｙｒａｍｉｄｍｉｒｒｏｒ；７：Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇｆｉｂｅｒ　　由氙灯发出的光谱经耦合到入射光纤并经收发光纤的公

共端出射，经望远镜内的凹面反射镜准直，通过一段开放的大气，到达另一端的角锥棱镜，然后被沿原方向反射，携带大气中污染气体信息的反射光沿原方向返回，再次经望远镜内的凹面反射镜聚焦进入光纤公共端，最后经出射光纤进入光谱仪进行光谱检测。光谱收发采用的是具有公共端口的一体式光纤束，望远镜中只有一块凹反射球面镜，与现有典型ＤＯＡＳ系统相比，减少了两块平面反射镜，避免了光束在传输过程中平面镜的遮挡，提高了光谱利用效率。

图２是具有收发公共端的光纤束结构。收发光纤的公共端采用随机排列的多根光纤，以减小光谱收发过程中，因锥棱镜对光线的横向偏移造成收、发光谱焦平面不重合、像差较大的问题

。

犉犻犵

２　犛狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳狋狉犪狀狊犿犻狋狉犲犮犲犻狏犲犳犻犫犲狉狊２　实验部分

　　根据提出的测量方法，开发了系统样机，并采用该样机

系统对标准气体和现场空气进行了测量实验。２１　样气实验

常温常压下，选用浓度为２００ｐｐｍ的ＳＯ２和５００ｐｐｍ的ＮＯ２的标准气体作为样气，氮气作为平衡气体，分别进行实验。用气体分割器进行配比，得到浓度为４０～２００ｐｐｍ的九种ＳＯ２气体和浓度为１００～５００ｐｐｍ的九种ＮＯ２气体。分别通入长度为３００ｍｍ的样品池中进行标定实验。图３是得到的标准气体的吸收光谱。其中图３（ａ）是ＳＯ２的吸收光谱，图３（ｂ）是ＮＯ２的吸收光谱

。

犉犻犵３　犜犺犲犪犫狊狅狉狆狋犻狅狀狊狆

犲犮狋狉狌犿狅犳狊狋犪狀犱犪狉犱犵犪狊（ａ）：ＳＯ２；（ｂ）：ＮＯ２

　　ＳＯ２的吸收波段是在２８０～３２０ｎｍ，ＮＯ２的吸收波段是在３５０～４５０ｎｍ，对采集的光谱数据和ＳＯ２和ＮＯ２标准吸收截面分别进行ＳＧ高通滤波得到各自的窄带吸收光谱和差分吸收截面，根据式（３），利用最小二乘法，分别对九种浓度的ＳＯ２和ＮＯ２气体进行反演，得到ＳＯ２和ＮＯ２气体的浓度和误差如表１所示。

　　由表１可以看出系统在常温常压下反演得到的气体浓度

误差的绝对值在３％以内。２２　现场实验

于２０１２年７月１６日用该系统对天津大学校园的空气进行了２４ｈ监测，样机置于二楼内，距地面高度约为４ｍ，角