第33卷，第10期 2013年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
光纤收发的空气差分吸收光谱测量方法研究
魏永杰'，耿晓娟'，陈博"，刘翠翠1，陈文亮2
1.河北工业大学机械工程学院，天津300130 2.天津同阳科技发展有限公司，天津300457
Vol.33,No.10,pp2783-2786
October,2013
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-可见光谱范围的特征吸收来测量其浓度含量，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人射光纤，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校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人光谱仪。根据该方法研制了样机，采用SO，NO：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。
关键调差分吸收光谱；收发光纤；空气质量监测
中图分类号：TH79
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 10000593(2013)10-2783-04
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
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(differentialoptical absorption spectros-coPy，DOAS)是光谱分析方法在气体分析领域的典型应用，它作为近二十儿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一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SO，NO等，在地面、船载、机载、星载等领域实现了跨平台探测[1-4]。
DOAS技术最早由Platt等提出[$]。光源发出的光经望远镜系统准直之后平行出射经过一定距离的大气吸收在另端用望远镜系统接收，该系统的设计用到了两个望远镜系统，成本高，调整难度大，面且光程为两个望远镜间的距离。 Axelson等()对该系统进行了改进，将发射、接收装置安装
收稿日期：2013-01-12，修订日期：2013-04-18
有人采用多光路主动DOAS、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。
测量原理 1
DOAS原理基于Lambert-Beer吸收定律，当一束光穿过一定厚度的大气，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
I(a) = I(a)exp((a)cL)
(1)
其中入示波长，c为气体浓度，I。（a)为发射光强，I(a)为透射光光强，L为吸收介质的厚度，即光程，α(>)为吸收截面。
在实际测量时，光谱会受到瑞利散射、米氏散射及其他消光物质的影响，其吸收截面表现为随波长具有宽带吸收结构的慢变化部分。（入)，而气体对光谱的特征吸收表现为具有窄带吸收结构的快变化。将吸收截面分为快变化和慢变化两部分，则DOAS测量的是快变化部分。（a)。Lambert-Beer
基金项目：国家中小企业创新基金项目(10C26211203591)，天津市科技计划项目(10ZXCXSH04700)和天津市高等学校科技发展基金计划项
目(20120522)资助
作者简介：魏永杰，1971年生，河北工业大学机械工程学院副教授万方数据
e-mail; yj. wei@163, com