一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，包括前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)、顯示器，單色器設(shè)置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間，前光學系統(tǒng)由主反射鏡和次反射鏡組成，主反射鏡的中間設(shè)置有一開口，主反射鏡的焦點與次反射鏡的焦點位置重合；后光學系統(tǒng)由四組透鏡組成，透鏡設(shè)置在對應(yīng)的單色器的某一通道上，信號接收處理系統(tǒng)由CCD探測器和信號處理器組成，CCD探測器接收面位于后光學系統(tǒng)的焦面位置，CCD探測器通過信號處理器連接顯示器。本發(fā)明具有分辨率較高、光通量較高、光譜范圍較寬、應(yīng)用通道可以靈活增減的優(yōu)點，綜合性能高，可以廣泛用于多種溫室氣體的分析和測量。
【專利說明】
一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光學儀器領(lǐng)域，具體是一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]水汽、二氧化碳、甲烷等是大氣中主要的溫室氣體，而針對大氣溫室氣體的探測和定量化解析需要擁有較高的光譜分辨能力的光譜儀器。單色器是該類光譜儀器的核心器件，用來對溫室氣體的光譜信息進行提取，以便獲得需要的信息。根據(jù)所用的單色器不同，光譜儀器主要有以下幾種。
[0003]棱鏡-光柵-棱鏡(PGP)型光譜儀器采用普通棱鏡和衍射光柵的組合來達到分光目的，在一定程度上彌補了棱鏡和光柵單獨作為分光元件時的譜線彎曲，有利于儀器的整體結(jié)構(gòu)的裝調(diào)，其色散性能主要以其中的光柵為主，具有較寬的光譜測量范圍和較高的光譜分辨率，但是由于受到光柵狹縫大小的限制，該方法難以獲得較高的光通量，信噪比較低。
[0004]傅里葉變換型光譜儀器利用干涉儀原理進行分光，通過探測像元輻射的干涉圖，并利用計算機對干涉圖進行傅里葉變換處理，獲得像元的光譜分布。這種方法具有較高的光譜分辨率、較高的光通量、較高的信噪比，但是受限于光程差變化間隔難以太小，該方法主要用于紅外光譜波段。
[0005]目前的光譜儀器難以同時兼顧光譜分辨率、光通量、光譜測量范圍等特性。開發(fā)一種用于溫室氣體分析的具有較高綜合性能的光譜儀器顯得尤為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決目前光譜儀器中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，包括前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)、顯示器，所述單色器設(shè)置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間，所述的前光學系統(tǒng)由主反射鏡和次反射鏡組成，所述主反射鏡的中間設(shè)置有一開口，所述主反射鏡的焦點與次反射鏡的焦點位置重合；
所述的后光學系統(tǒng)由四組透鏡組成，每組透鏡由若干透鏡組成，透鏡設(shè)置在對應(yīng)的單色器的某一通道上，單色器出射的光會聚并成像在后光學系統(tǒng)的焦面上；
所述的信號接收處理系統(tǒng)由CCD探測器和信號處理器組成，所述的CCD探測器接收面位于后光學系統(tǒng)的焦面位置。
[0008]作為本發(fā)明進一步的方案:所述主反射鏡的開口尺寸大于次反射鏡反射的出射平行光尺寸。
[0009]作為本發(fā)明進一步的方案:所述的信號處理器與CCD探測器連接，所述的信號處理器上連接顯示器。
[0010]作為本發(fā)明進一步的方案:所述的主反射鏡為凹面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，所述的次反射鏡為凸面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡。
[0011]作為本發(fā)明再進一步的方案:所述的主反射鏡和次反射鏡表面均涂有反射光學膜層。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:采用旋轉(zhuǎn)濾光片單色器作為分光器件，具有分辨率較高、光通量較高、光譜范圍較寬、應(yīng)用通道可以靈活增減等優(yōu)點，綜合性能高，可以廣泛用于多種溫室氣體的分析和測量。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的連接示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1-旋轉(zhuǎn)濾光片;8-偏振器；12-主反射鏡，13-次反射鏡，14-單色器，15-第一透鏡組，16-第二透鏡組，17-第三透鏡組，18-第四透鏡組，19-第一 CCD探測器，20-第二 CCD探測器，21 -第三CXD探測器，22-第四C⑶探測器。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0017]請參閱圖1?2，本發(fā)明實施例中，一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，包括前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)、顯示器，單色器設(shè)置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間。前光學系統(tǒng)將目標發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成匹配單色器口徑的平行光束，單色器接收平行光束并且進行光譜掃描，后光學系統(tǒng)將單色器輸出的含有光譜信息的光束進行會聚，并將目標成像在后光學系統(tǒng)的接收面上，信號接收處理系統(tǒng)將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進行相應(yīng)的信號處理，送給顯示器輸出。
[0018]前光學系統(tǒng)由主反射鏡12和次反射鏡13組成，主反射鏡的中間設(shè)置有一開口，開口尺寸大于從次反射13出射的平行光尺寸，不阻擋平行光出射，主反射鏡12的焦點與次反射鏡13的焦點位置重合;主反射鏡12接收來自被測物體發(fā)出的光線，并對光線進行反射和會聚，會聚光線的傳播方向為主反射鏡12的焦點；
主反射鏡12為凹面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，主反射鏡12表面涂有反射光學膜層，將入射的光反射出去;次反射鏡13接收主反射鏡反射會聚的光線，并對光線反射，形成平行光從主反射鏡12的中間開口出射，形成比入射光束口徑小的平行光。次反射鏡13位于主反射鏡12和主反射鏡12的焦點之間，并且主反射鏡12的焦點與次反射鏡13的焦點位置重合;次反射鏡13為凸面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，次反射鏡13表面涂有反射光學膜層，將入射的光反射出去;次反射鏡13出射的平行光進入單色器14，經(jīng)過單色器14的分光作用，形成四個工作通道的出射光。
[0019]單色器14由多組旋轉(zhuǎn)濾光片和偏振器組成，偏振器設(shè)置在前光學系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)濾光片之間，旋轉(zhuǎn)濾光片由鍍有窄帶膜的鏡片組成，旋轉(zhuǎn)濾光片安裝在精確旋轉(zhuǎn)的鏡框內(nèi)，偏振器由鍍有偏振膜的棱鏡組成，將出射光束分為兩束不同偏振方向的出射光束，旋轉(zhuǎn)濾光片和偏振器表面均涂有反射光學膜層。
[0020]后光學系統(tǒng)由四個透鏡組構(gòu)成，包括第一透鏡組15、第二透鏡組16、第三透鏡組17、第四透鏡組18，每個透鏡組由若干透鏡組成，對某一工作通道的出射光進行會聚成像，成像面位于該組透鏡的后焦面上。
[0021]在每組透鏡的后焦面上設(shè)置有相應(yīng)的CCD探測器，第一透鏡組15的后焦面上設(shè)置有第一 CCD探測器19，第二透鏡組16的后焦面上設(shè)置有第二 CCD探測器20，第三透鏡組17的后焦面上設(shè)置有第三CCD探測器21，第四透鏡組18的后焦面上設(shè)置有第四CCD探測器22，用來接收焦面上的光能量，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號;每個CCD探測器與信號處理器連接，對CCD輸出的電信號進行處理轉(zhuǎn)換，得到物體的一維光譜信息和二維空間信息，并輸出給顯示器進行顯示。
[0022]實際應(yīng)用中，可根據(jù)所關(guān)注的溫室氣體的種類靈活更換其中單色器的通道數(shù)和測量光譜范圍，利用一臺儀器實現(xiàn)大多數(shù)溫室氣體的測量分析，具有較高的性價比。
[0023]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
【主權(quán)項】
1.一種基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，包括前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)、顯示器，所述單色器設(shè)置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間，其特征在于，所述的前光學系統(tǒng)由主反射鏡和次反射鏡組成，所述主反射鏡的中間設(shè)置有一開口，所述主反射鏡的焦點與次反射鏡的焦點位置重合； 所述的后光學系統(tǒng)由四組透鏡組成，每組透鏡由若干透鏡組成，透鏡設(shè)置在對應(yīng)的單色器的某一通道上，單色器出射的光會聚并成像在后光學系統(tǒng)的焦面上； 所述的信號接收處理系統(tǒng)由CCD探測器和信號處理器組成，所述的CCD探測器接收面位于后光學系統(tǒng)的焦面位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，其特征在于，所述主反射鏡的開口尺寸大于次反射鏡反射的出射平行光尺寸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，其特征在于，所述的信號處理器與C⑶探測器連接，所述的信號處理器上連接顯示器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，其特征在于，所述的主反射鏡為凹面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，所述的次反射鏡為凸面二次旋轉(zhuǎn)拋物面鏡。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋轉(zhuǎn)濾光片單色器的溫室氣體分析儀，其特征在于，所述的主反射鏡和次反射鏡表面均涂有反射光學膜層。
【文檔編號】G01N21/25GK105866046SQ201610355782
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】繆同群, 張聲榮, 伍志軍, 王志洲, 劉寶星
【申請人】上海新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司