本發(fā)明屬于大氣紅外檢測設(shè)備，具體涉及一種收發(fā)一體式開放光路大氣檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大氣污染是我國當前面臨的重大問題之一，對環(huán)境空氣進行連續(xù)在線監(jiān)測、掌握污染氣體排放、擴散及演變規(guī)律，實現(xiàn)精確溯源對于制定減排政策、評估減排方案、徹底解決大氣污染問題具有重要意義。利用待測氣體的“紅外指紋”吸收特征進行光譜定量分析，從而獲取待測氣體濃度在氣體在線檢測領(lǐng)域具有重要應(yīng)用?；诩t外光譜技術(shù)的氣體濃度檢測分為抽取式檢測和開放光路式檢測兩種方法，抽取式檢測需將待測氣體抽入樣品池內(nèi)，因此該方法只能進行點源檢測，在開放光路式檢測方法中紅外輻射信號直接穿過待測區(qū)域。相比于抽取式檢測方法，開放光路式檢測可實現(xiàn)大范圍的區(qū)域化檢測。而開放光路式的區(qū)域化檢測則對光學(xué)系統(tǒng)提出了更高的要求，需要簡單、高效的光學(xué)系統(tǒng)來保證紅外光譜檢測系統(tǒng)穩(wěn)定性?，F(xiàn)有開放光路檢測設(shè)備大部分為對射式開放光路，即紅外信號發(fā)射端與紅外信號接收端分別安裝在相互遠離的兩地，紅外信號沿直線路徑穿過大氣，這種借測設(shè)備的缺陷在于，分置于兩地的紅外信號發(fā)射端和紅外信號接收端均需要對各自的安裝角度進行精確調(diào)整，調(diào)試過程費時費力，另外，對射式光路的光程跨度較大，兩端設(shè)備相聚較遠，進一步增加了調(diào)試的難度。另外，現(xiàn)有技術(shù)中的檢測設(shè)備一旦調(diào)整到位，就只能對一條路徑上的大氣進行檢測，無法對待測區(qū)域內(nèi)的其它方位進行檢測，檢測數(shù)據(jù)的可靠性難以保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種光程長、跨度小，且能夠?qū)Σ煌窂缴系拇髿膺M行檢測的收發(fā)一體式開放光路大氣檢測系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種收發(fā)一體式開放光路大氣檢測系統(tǒng)，包括集成在同一機體內(nèi)的紅外信號發(fā)射單元和紅外信號接收單元，以及遠離機體設(shè)置的反射單元，所述紅外信號發(fā)射單元發(fā)出的紅外光束投射在反射單元上，紅外光束經(jīng)反射單元反射后原路返回至機體內(nèi)，并入射到所述紅外信號接收單元；所述反射單元為至少兩個間隔分布在檢測空間區(qū)域內(nèi)，所述紅外信號發(fā)射單元的紅外光束出射方向為可調(diào)式設(shè)置，使紅外光束能夠選擇性的投射到任意一個反射單元上。

所述機體上安裝有一卡氏望遠鏡，所述卡氏望遠鏡的尾端設(shè)有一通光孔，所述通光孔的外側(cè)設(shè)有第一分束片；所述紅外信號發(fā)射單元的出射光束穿透所述第一分束片后進入卡氏望遠鏡，出射光束經(jīng)卡氏望遠鏡擴束后射出；出射光束經(jīng)反射單元反射后原路返回進入卡氏望遠鏡，反射光束經(jīng)卡氏望遠鏡聚焦后返回所述第一分束片，反射光束經(jīng)第一分束片反射后被紅外信號接收單元接收。

所述機體上安裝有一卡氏望遠鏡，所述卡氏望遠鏡的尾端設(shè)有一通光孔，所述通光孔的外側(cè)設(shè)有第一分束片；所述紅外信號發(fā)射單元的出射光束經(jīng)所述第一分束片反射后進入卡氏望遠鏡，出射光束經(jīng)卡氏望遠鏡擴束后射出；出射光束經(jīng)反射單元反射后原路返回進入卡氏望遠鏡，反射光束經(jīng)卡氏望遠鏡聚焦后返回所述第一分束片，反射光束穿過第一分束片后被紅外信號接收單元接收。

所述機體安裝在二軸轉(zhuǎn)臺上，二周轉(zhuǎn)臺的其中一個轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置，另一個轉(zhuǎn)軸水平且與紅外信號發(fā)射單元的出射光束垂直；所述出射光束通過二周轉(zhuǎn)臺的運動來改變出射方向，實現(xiàn)出射光束在各反射單元之間的切換。

所述卡氏望遠鏡的前方還設(shè)有反射鏡，所述反射鏡的鏡面與卡氏望遠鏡的軸線既不垂直也不平行，且反射鏡沿卡氏望遠鏡的軸線轉(zhuǎn)動設(shè)置；所述紅外信號發(fā)射單元的出射光束經(jīng)該反射鏡反射后射向反射單元；所述出射光束通過該反射鏡的轉(zhuǎn)動來改變出射方向，實現(xiàn)出射光束在各反射單元之間切換。

所述二軸轉(zhuǎn)臺的兩個轉(zhuǎn)軸均由伺服電機驅(qū)動，所述伺服電機的信號輸出端與控制系統(tǒng)相連，所述控制系統(tǒng)能夠控制二周轉(zhuǎn)臺在預(yù)設(shè)的兩個以上角度之間進行切換，每個預(yù)設(shè)角度分別對應(yīng)一個反射單元。

所述二軸轉(zhuǎn)臺的兩個轉(zhuǎn)軸均由伺服電機驅(qū)動，所述伺服電機的信號輸出端與控制系統(tǒng)相連；所述機體內(nèi)設(shè)有psd位置傳感器，所述入射紅外信號接收單元的入射光束經(jīng)第二分束片分出一條分支光路投射在psd位置傳感器上，psd位置傳感器的信號輸出端與所述控制系統(tǒng)相連，當控制系統(tǒng)要控制光束在不同反射單元間進行切換時，首先驅(qū)動機體轉(zhuǎn)動，當psd位置傳感器接收到反射信號，且反射信號到達最大值時，控制系統(tǒng)控制機體停止轉(zhuǎn)動。

所述反射鏡安裝在一環(huán)形轉(zhuǎn)盤的中心孔內(nèi)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)盤由伺服電機驅(qū)動，所述伺服電機與控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)能夠控制環(huán)形轉(zhuǎn)盤在預(yù)設(shè)的兩個及以上角度之間進行切換，每個預(yù)設(shè)角度分別對應(yīng)一個反射單元。

所述反射鏡安裝在一環(huán)形轉(zhuǎn)盤的中心孔內(nèi)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)盤由伺服電機驅(qū)動，所述伺服電機與控制系統(tǒng)連接；所述機體內(nèi)設(shè)有psd位置傳感器，所述入射紅外信號接收單元的入射光束經(jīng)第二分束片分出一條分支光路投射在psd位置傳感器上，psd位置傳感器的信號輸出端與所述控制系統(tǒng)相連，當控制系統(tǒng)要控制光束在不同反射單元間進行切換時，首先驅(qū)動反射鏡轉(zhuǎn)動，當psd位置傳感器接收到反射信號，且反射信號到達最大值時，控制系統(tǒng)控制反射鏡停止轉(zhuǎn)動。

所述反射鏡包括多個呈百葉窗式布置的反射面，沿卡氏望遠鏡的軸線方向看，相鄰兩反射面上相互靠近的兩條邊緣重合；所述反射單元是由多個三面式角反射鏡組成的角鏡陣列。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明利用反射單元分反射使紅外光束的行程增加一倍，縮短了同樣行程下兩設(shè)備之間的距離，降低了設(shè)備調(diào)試的難度；另外本發(fā)明中的紅外光束能夠在幾個不同路徑上進行切換，以便對待測區(qū)域內(nèi)不同方向上的大氣進行檢測，檢測數(shù)據(jù)更加可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例1所提供的檢測系統(tǒng)的原理圖；

圖2是本發(fā)明的實施例2所提供的檢測系統(tǒng)的原理圖；

圖3是本發(fā)明的實施例3所提供的檢測系統(tǒng)的原理圖；

圖4是本發(fā)明的實施例4所提供的檢測系統(tǒng)的原理圖；

圖5是本發(fā)明的實施例5所提供的檢測系統(tǒng)的原理圖；

圖6是本發(fā)明的實施例6所提供的檢測系統(tǒng)的原理圖；

圖7是本發(fā)明的實施例所提供的機體的立體結(jié)構(gòu)示意圖，該機體前端的反射鏡安裝結(jié)構(gòu)適用于實施例4-6任意一項；

圖8是本發(fā)明的實施例所提供的反射單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖，該反射單元適用于實施例1-6任意一項；

圖9是本發(fā)明的實施例所提供的檢測系統(tǒng)在其中一個探測方向上的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明的實施例所提供的檢測系統(tǒng)在另一個探測方向上的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11、12是反射鏡采用整體結(jié)構(gòu)和百葉窗結(jié)構(gòu)兩種不同實施方式的效果對比圖；

圖13、14是反射單元采用單個大角鏡和小角鏡陣列兩種不同實施方式的效果對比圖，圖中l(wèi)和l’分別為兩種實施方式下光束的偏移量。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

實施例1

如圖1所示，紅外信號發(fā)射單元包括紅外光源11和橢球鏡17，所述紅外光源11發(fā)出的散射光經(jīng)橢球鏡17反射后穿過第一分束片13進入卡氏望遠鏡14，卡氏望遠鏡14將散射光擴束為準直的平行光，平行光射向反射單元15，反射單元15由角鏡構(gòu)成，平行光經(jīng)反射單元15反射后按原路徑返回進入卡氏望遠鏡14，經(jīng)卡氏望遠鏡14聚焦后投射在第一分束片13上，然后經(jīng)第一分束片13反射后再由第一拋物面鏡16反射成平行光進入紅外信號接收單元12，所述紅外信號接收單元12為光譜儀。本實施例中利用機體10的整體轉(zhuǎn)動來改變光束的出射方向，并采用預(yù)設(shè)角度的方式控制機體10在不同反射單元15之間進行切換。

實施例2

如圖2所示，紅外信號發(fā)射單元包括紅外光源11、第二拋物面鏡19和干涉儀18，紅外光源11發(fā)出的散射光經(jīng)第二拋物面鏡19反射成平行光，并進入干涉儀18生成干涉信號，干涉信號從干涉儀18射出并穿過所述第一分束片13進入卡氏望遠鏡14，干涉信號經(jīng)卡氏望遠鏡14擴束后射向反射單元15，反射單元15同樣有角鏡構(gòu)成，干涉信號經(jīng)反射單元15反射后按原路徑返回進入卡氏望遠鏡14，經(jīng)卡氏望遠鏡14聚焦后投射在第一分束片13上，然后經(jīng)第一分束片13反射再由第一拋物面鏡16反射聚焦后投射在紅外信號接收單元12內(nèi)，紅外信號接收單元12為紅外探測器。本實施例中利用機體10的整體轉(zhuǎn)動來改變光束的出射方向，并采用預(yù)設(shè)角度的方式控制機體10在不同反射單元15之間進行切換。

實施例3

如圖3所示，紅外信號發(fā)射單元包括紅外光源11，紅外光源11發(fā)出的散射光直接穿過第一分束片13進入卡氏望遠鏡14內(nèi)，經(jīng)卡氏望遠鏡14擴束為準直的平行光，平行光投射在反射單元15上，反射單元15為角鏡，平行光經(jīng)反射單元15反射后原路返回進入卡氏望遠鏡14，經(jīng)卡氏望遠鏡14聚焦后投射在第一分束片13上，然后經(jīng)第一反射片反射后投射在第二分束片20上，第二分束片20分出的兩條光束一條進入紅外信號接收單元12，另一條進入psd位置傳感器21，紅外信號接收單元12為光譜儀。本實施例中利用機體10的整體轉(zhuǎn)動來改變光束的出射方向，并采用反饋控制方式控制機體10在不同反射單元15之間進行切換，具體為：當控制系統(tǒng)要控制光束在不同反射單元15間進行切換時，首先驅(qū)動機體10轉(zhuǎn)動，當psd位置傳感器21接收到反射信號，且反射信號到達最大值時，控制系統(tǒng)控制機體10停止轉(zhuǎn)動。

實施例4

如圖4所示，紅外信號發(fā)射單元包括紅外光源11和橢球鏡17，紅外光源11發(fā)出的紅外信號經(jīng)橢球鏡17反射后穿過第一分束片13進入卡氏望遠鏡14內(nèi)，經(jīng)卡氏望遠鏡14擴束為平行光束，平行光束經(jīng)反射鏡22反射后射向反射單元15，平行光束經(jīng)反射單元15反射后原路返回，然后經(jīng)過反射鏡22反射后進入卡氏望遠鏡14，在由卡氏望遠鏡14聚焦后投射在第一分束片13上，光束經(jīng)第一分束片13反射后到達第二分束片20，第二分束片20將光束分為兩條，其中一條進入紅外信號接收單元12，另一條進入psd位置傳感器21，所述紅外信號接收單元12為光譜儀。本實施例采用反射鏡22的轉(zhuǎn)動來改變紅外信號的出射方向，并采用反饋控制方式控制機體10在不同反射單元15之間進行切換，具體為：當控制系統(tǒng)要控制光束在不同反射單元15間進行切換時，首先驅(qū)動反射鏡22轉(zhuǎn)動，當psd位置傳感器21接收到反射信號，且反射信號到達最大值時，控制系統(tǒng)控制反射鏡22停止轉(zhuǎn)動。

實施例5

如圖5所示，紅外信號發(fā)射單元包括紅外光源11和第二拋物面鏡19，紅外光源11發(fā)出的散射光經(jīng)第二拋物面鏡19反射成平行光，平行光投射在第一分束片13上，經(jīng)第一分束片13反射后進入卡氏望遠鏡14，平行光束經(jīng)卡氏望遠鏡14擴束后投射在反射鏡22上，然后經(jīng)反射鏡22反射后射向反射單元15，反射單元15為角鏡，光束經(jīng)反射單元15反射后原路返回，經(jīng)反射鏡22反射后進入卡氏望遠鏡14，光束經(jīng)卡氏望遠鏡14聚焦后直接穿過第一分束片13進入干涉儀18，干涉儀18將紅外信號調(diào)制成干涉信號，干涉信號經(jīng)第一拋物面鏡16反射后進入紅外信號接收單元12，紅外信號接受單元為紅外探測器。本實施例利用反射鏡22的轉(zhuǎn)動來改變光束的出射方向，并采用預(yù)設(shè)角度的方式控制機體10在不同反射單元15之間進行切換。

實施例6

如圖6所示，紅外信號發(fā)射單元包括紅外光源11，紅外光源11發(fā)出的散射光直接穿過第一分束片13進入卡氏望遠鏡14內(nèi)，經(jīng)卡氏望遠鏡14擴束為準直的平行光，平行光經(jīng)反射鏡22反射后投射在反射單元15上，反射單元15為角鏡，平行光經(jīng)反射單元15反射后原路返回，經(jīng)反射鏡22反射進入卡氏望遠鏡14，經(jīng)卡氏望遠鏡14聚焦后投射在第一分束片13上，然后經(jīng)第一反射片反射后再由第一拋物面鏡16反射進入紅外信號接收單元12，紅外信號接收單元12為光譜儀。本實施例中利用反射鏡22的轉(zhuǎn)動來改變光束的出射方向，并采用預(yù)設(shè)角度的方式控制機體10在不同反射單元15之間進行切換。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，如圖7、9、10所示，所述反射鏡22包括多個呈百葉窗式布置的反射面，沿卡氏望遠鏡14的軸線方向看，相鄰兩反射面上相互靠近的兩條邊緣重合，該反射鏡22適用于實施例4-6。從圖11、12的對比可以看出，在反射相同角度的情況下，采用百葉窗式的反射鏡22布置方式更加節(jié)省空間。

如圖8、9、10所示，所述反射單元15是由多個三面式角反射鏡151組成的角鏡陣列。該反射單元15適用于實施例1-6，從圖13、14的對比可以看出，采用陣列設(shè)置的小角鏡比采用單獨的大角鏡所產(chǎn)生的光束偏移量要小的多。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。