本實用新型涉及環(huán)境科學、激光雷達領(lǐng)域，具體為一種多軸差分吸收光譜儀的實時校準系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多軸差分吸收光譜儀是一種利用太陽散射光測量大氣痕量污染氣體的技術(shù)，其具有測量下限低，無需光源、成本低等特點，是獲取空間污染氣體空間分布的一種手段，然而目前的多軸差分吸收光譜儀的光譜儀模塊存在零漂、溫漂等問題，需要定期校準，而受儀器原理的限制，其標定流程較為繁瑣，通常需要專業(yè)人員對數(shù)據(jù)進行判斷和解讀，給設(shè)備的使用帶來了一定的障礙，影響了其推廣使用。

現(xiàn)有技術(shù)方案中，為了使光譜儀的波長盡可能穩(wěn)定，通常將光譜儀放置在溫度可控的冰箱內(nèi)或者用開放式的TEC控溫，然而光譜儀的波長漂移除了溫漂外，還有零漂，因此單純控溫并不是一種非常理想的解決方案，并且目前實際采用的控溫，不管是冰箱還是開放式TEC，均存在溫控性能不穩(wěn)定，受環(huán)境溫度變化影響大的問題，并不能有效控溫的問題。為了減小控溫系統(tǒng)的缺陷，在使用中察覺到數(shù)據(jù)異常后，還需要對數(shù)據(jù)進行人工校準，這會讓一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)無效。除了溫度影響外，光譜儀的漂移還與濕度有關(guān)，如果不對其進行有效控制，仍然會讓波長產(chǎn)生緩慢的漂移。

《物理學報》2007年03期的“光纖模式混合器在差分吸收光譜系統(tǒng)中的應用研究”、2007年01期的《大氣與環(huán)境光學學報》中的“北京冬季大氣SO2、NO2與O3的監(jiān)測與分析”、以及“H?nninger, G. and Platt, U., Observations of BrO and its vertical distribution during surface ozone depletion at Alert”三篇文獻均給出了通用多軸差分吸收光譜儀的結(jié)構(gòu)，在如上所述的結(jié)構(gòu)中，均未對光譜儀進行有效的控溫和波長標定，設(shè)備通常只允許短期運行，無法實現(xiàn)長期可靠運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種多軸差分吸收光譜儀的實時校準系統(tǒng)，采用光源的

特征窄線寬輻射對接收鏡頭采集到光譜進行實時標定，完全消除溫度、濕度對光譜漂移的影響，甚至對震動對光譜儀的影響也能降到最低，為了達到以上目的，采用以下技術(shù)方案：包括有：接收鏡頭、光開關(guān)、光源以及光譜儀，所述光譜儀包括有：感光元件、光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析單元，利用光開關(guān)進行正常測量的光通道與校準測量通道的切換，正常測量的光通道包括有接收鏡頭、光開關(guān)以及光譜儀，接收鏡頭發(fā)射的光經(jīng)光譜儀分析得到實際測量值；校準測量通道包括光源、光開關(guān)以及光譜儀，光源經(jīng)光譜儀分析得到的校準光譜值，利用數(shù)據(jù)分析單元對標定實際測量值校準。

優(yōu)選的，所述感光元件可為線陣CCD，所述感光元件用于接收光譜儀分光光

路分配的光信號，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

優(yōu)選的，所述光開關(guān)采用1×2 光開關(guān)，實現(xiàn)正常測量的光通道、校準測量

通道的通斷切換。

優(yōu)選的，所述光源可以是汞燈、氙燈、鈉燈或其他可發(fā)射特征光譜線的光源。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

本實用新型正常測量時，利用接收鏡頭將接收到的光經(jīng)光開關(guān)傳輸給光譜儀，通過光譜儀的數(shù)據(jù)分析單元進行光譜數(shù)據(jù)分析處理；在測量周期間隙內(nèi)，光源發(fā)光經(jīng)光開關(guān)給光譜儀，由于光源為發(fā)射特征光譜線的光源，且光源光譜信息相對于較穩(wěn)定，光譜儀對具有特征光譜線的光譜信息進行檢測和計算，校準光譜信號，采用光源的特征窄線寬輻對光譜儀采集到光譜進行實時標定，避免了溫漂、零漂和濕度等因素對光譜儀的影響，確保光譜實時有效，無需不定期的人為標定。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)示意圖；

圖2位本實用新型中關(guān)于光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本專利中又一種系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合一次具體的數(shù)據(jù)做進一步的詳細說明。在此，本實用新型的示意性事例用于解釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常的多軸差分吸收光譜儀由光譜儀和接收鏡頭兩部分組成，接收鏡頭包含有鏡頭轉(zhuǎn)向裝置或者分光裝置來實現(xiàn)多軸觀測，為了使光譜儀的波長盡可能穩(wěn)定，通常將光譜儀放置在溫度可控的冰箱內(nèi)或者用開放式的TEC控溫。

如圖1所示，本實用新型提供的測量校準系統(tǒng)包括有：接收鏡頭、光開關(guān)、光源以及光譜儀，所述光譜儀包括有：感光元件、光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析單元，所述感光元件可為線陣CCD，光譜儀的分光光路會將一束光按照波長/顏色不同分配到線陣CCD的不同像元上，像元個數(shù)通常有1024/2068個不等，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，優(yōu)選為電壓值，若線陣CCD有1024個像元則有1024個電壓值，如果將像元編號作為橫軸，電壓值作為縱軸，則會形成一條高低變化的曲線，對曲線上的一些峰通過尋峰算法，包括最大值法、高斯擬合、拋物線擬合等算法尋找出來，然后將擬合峰的橫坐標和查表得到的這些峰的標準波長對應，已知峰的標準波長是有數(shù)據(jù)庫可以查詢到的，進行線性或者非線性擬合，記得到像元與波長的對應關(guān)系。

對于光譜儀的工作屬于現(xiàn)有技術(shù)，不作詳細說明，本實用新型要保護的重點在于：利用光開關(guān)進行正常測量的光通道與校準測量通道的切換，利用光譜儀分別對正常測量的光通道傳輸?shù)墓?、校準測量通道傳輸?shù)墓膺M行光譜分析，分別達到實際測量值校準和校準光譜值，利用校準光譜值對標定實際測量值校準。

如圖2所示，光開關(guān)采用1×2 光開關(guān)，可選用機械式的也可選用電光開關(guān)，

實現(xiàn)正常測量的光通道、校準測量通道的通斷切換，即測量周期內(nèi)只有正常測量的光通道處于通的狀態(tài)，而在測量周期間隙內(nèi)，正常測量的光通道處于關(guān)閉的狀態(tài)，而此時校準測量通道處于通的狀態(tài)，采用結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，減少兩個通道之間的相互干擾，使得測量值更精確。

進一步的說，用于正常測量的光通道包括有接收鏡頭、光開關(guān)以及光譜儀，測量周期內(nèi)，接收鏡頭發(fā)射的光經(jīng)光開關(guān)光譜儀分析得到實際測量值，確切的說是經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊得到與線陣CCD像元個數(shù)相對應的電壓值數(shù)量，得到以像元編號、電壓值為坐標軸的曲線，并經(jīng)過現(xiàn)有已知的尋峰算法進行尋峰，并得到鋒的波長，進而得到像元與波長的關(guān)系，更明確地說是得到光譜信息，即看出實際測量的光的不同波長的分布狀態(tài)。

校準測量通道包括光源、光開關(guān)以及光譜儀，光源經(jīng)光譜儀分析得到的校準光譜值，確切的說是得到校準光源的光譜信息，即看出作為參考值的光源的不同波長的分布狀態(tài)，所述光源可以是汞燈、氙燈、鈉燈或其他可發(fā)射特征光譜線的光源，其發(fā)射的光穩(wěn)定，受溫度、濕度影響小，即產(chǎn)生的溫漂、零漂小，測量的值更精確，用于對實際測量光譜標定，無需采用將光譜儀放置于溫度可控的冰箱內(nèi)或者用開放式的TEC控溫，結(jié)構(gòu)更簡單、操作更便捷。

本專利申請采用的實時校準系統(tǒng)，實現(xiàn)間隔的實際測量和校準測量，是為了避免了震動對光譜儀的影響，由于震動會讓光譜儀的線陣CCD相對光開關(guān)的相對位置變化，使原先標定的CCD像元和波長的對應關(guān)系失效，實時標定和校準功能會將震動導致的CCD像元和波長的變化實時糾正，使設(shè)備能夠在有震動的環(huán)境下運行，完全勝任實驗室和車載需要，為儀器的可靠運行提供一種有效的解決方案。

本專利申請中，光源的光為寬譜的，沒有特征吸收峰的光，為此在校準測量通道上添加氣體室，如圖3所示，氣體室內(nèi)封裝具有一定氣壓和溫度的氣體，寬譜光源發(fā)出的光經(jīng)氣體室后會有一些特征吸收峰，經(jīng)過氣體室后，光源發(fā)的光會有一些波長被氣體吸收，光譜就變得不平滑了，有一些吸收峰，能夠提高分析的靈敏度。

進一步的，氣體如果測量些紫外有吸收的污染氣體（NO2、SO2、O3等），氣體室可以封裝SO2氣體，因為SO2氣體在紫外有強吸收，且吸收峰分布寬，線寬窄，容易分辨；如果要測量近紅外有吸收的污染氣體（CH4、C2H2等），氣體室可以封裝C2H2氣體，原因與SO2類似，只是C2H2的吸收峰在近紅外波長區(qū)。