光譜儀的光譜測(cè)量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供的光譜儀的光譜測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟：采用光學(xué)耦合裝置接收由光源發(fā)出的光信號(hào)；將所述光信號(hào)耦合入射到光學(xué)諧振腔；采集光學(xué)諧振腔輸出的所述光信號(hào)，并以采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作樣品的吸收光譜線；依據(jù)上述獲取的所述吸收光譜線，通過數(shù)據(jù)處理得到所述樣品的吸收譜圖和樣品濃度信息。本發(fā)明專利技術(shù)的光譜儀的光譜測(cè)量方法除檢測(cè)靈敏度高之外，還具有更寬的光譜探測(cè)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)有效光程的在線標(biāo)定、去除所述光學(xué)諧振腔的光學(xué)噪聲、腔鏡姿態(tài)調(diào)整功能或腔長(zhǎng)掃描功能，可以實(shí)現(xiàn)樣品多組分的高靈敏度同時(shí)探測(cè)功能，滿足對(duì)樣品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于光譜測(cè)量
，特別是涉及一種。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)衰蕩吸收光譜儀（Cavity Ringdown Spectroscopy，CRDS)，以下簡(jiǎn)稱 CRDS 光 譜儀和腔增強(qiáng)吸收光譜儀（Cavity Enhanced Spectroscopy，CEAS)以下簡(jiǎn)稱CEAS光譜儀 的關(guān)鍵部件為由高反射率鏡片組成的光學(xué)諧振腔，組成所述CRDS光譜儀和CEAS光譜儀的 諧振腔的長(zhǎng)度一般都在Im以內(nèi)，典型的長(zhǎng)30 cm至70 cm。因此，要在如此短的吸收池內(nèi) 提尚探測(cè)靈敏度往往從提尚鏡片的反射率入手。 相應(yīng)的，現(xiàn)有技術(shù)中，客觀存在的事實(shí)是：提尚鏡片的反射率會(huì)受到諸多限制；例 如：首先，在紫外和紅外波段鍍膜困難，限制了該技術(shù)在紫外和紅外波段的應(yīng)用；其次，在 一個(gè)較寬的光學(xué)頻段很難同時(shí)獲得高的反射率，限制了該技術(shù)的多組分同時(shí)探測(cè)的能力； 最后，由于鏡片上的膜層會(huì)受環(huán)境中水分等的影響，鏡片反射率隨著使用會(huì)下降，導(dǎo)致探測(cè) 靈敏度下降，甚至導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供一種，在所述光譜儀中采 用了一種基于棱鏡的光學(xué)諧振腔。所述光學(xué)諧振腔由至少兩個(gè)棱鏡所組成，所述光信號(hào)起 偏為P偏振態(tài)的偏振光信號(hào)，以偏離布儒斯特角度^設(shè)入射進(jìn)光學(xué)諧振腔；所述偏離布儒斯 特角Jii的取值范圍為0. 01度到10度之間。基于棱鏡的光學(xué)諧振腔可有效克服高反射率鏡 片需要鍍膜問題所帶來的一系列技術(shù)缺陷。此外，本專利技術(shù)的提供一種光譜儀的光譜測(cè)量方 法及系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)光程在線標(biāo)定、去除光學(xué)諧振腔的光學(xué)噪聲、并通過所述光學(xué)諧振腔 的姿態(tài)調(diào)整功能和腔長(zhǎng)掃描等功能，滿足對(duì)樣品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。 相應(yīng)的，本專利技術(shù)的一種，所述方法包括以下步驟：接收由光 源發(fā)出的光信號(hào)； 采用光學(xué)耦合裝置接收由光源發(fā)出的光信號(hào)； 采集光學(xué)諧振腔輸出的所述光信號(hào)，并以采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作樣品的吸收 光譜線； 依據(jù)上述獲取的所述吸收光譜線，通過數(shù)據(jù)處理得到所述樣品的吸收譜圖和樣品濃度 信息。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光學(xué)諧振腔由一組棱鏡組成，所述光信號(hào)起偏為P 偏振態(tài)的偏振光信號(hào)，以偏離布儒斯特角度#入射進(jìn)光學(xué)諧振腔。 所述偏離布儒斯特角的取值范圍為0. 01度到10度之間。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光譜儀為設(shè)置有所述光學(xué)諧振腔的CRDS光譜儀， 所述光信號(hào)為激光； 所述"采集透過光學(xué)諧振腔的所述光信號(hào)，并以采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作樣品的 吸收光譜線"具體包括： 離散的改變激光輸出波長(zhǎng)； 當(dāng)所述光學(xué)諧振腔輸出的光強(qiáng)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，切斷光路，阻止所述光信號(hào)向所 述光學(xué)諧振腔內(nèi)入射； 對(duì)所述光學(xué)諧振腔內(nèi)的光信號(hào)進(jìn)行振蕩，以使所述光信號(hào)的強(qiáng)度迅速衰減； 采集衰減后的所述激光信號(hào)； 將衰減后的所述激光信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后依指數(shù)關(guān)系擬合出衰蕩時(shí)間t和τ。； 通過衰蕩時(shí)間t和τ。計(jì)算出所述樣品對(duì)波長(zhǎng)的吸收率α ;?是所述樣品的吸收率，τ。是所述光學(xué)諧振腔為空時(shí)衰蕩時(shí)間，τ是存在樣品時(shí)的 衰蕩時(shí)間，c是光速，^是所述棱鏡之間的距離，η是所述棱鏡的折射率，δ Θ是入射光偏 離布儒斯特角的大小。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光譜儀為設(shè)置有所述光學(xué)諧振腔的寬帶CRDS光 譜儀，所述光信號(hào)為寬帶可調(diào)諧激光光源； 所述"采集透過光學(xué)諧振腔的所述光信號(hào)，并以采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作樣品的 吸收光譜線"具體包括： 離散的改變激光輸出波長(zhǎng)； 當(dāng)所述光學(xué)諧振腔輸出的光強(qiáng)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，切斷光路，阻止所述光信號(hào)向所 述光學(xué)諧振腔內(nèi)入射； 對(duì)所述光學(xué)諧振腔內(nèi)的光信號(hào)進(jìn)行振蕩，以使所述光信號(hào)的強(qiáng)度迅速衰減； 采集衰減后的所述激光信號(hào)； 將衰減后的所述激光信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后依指數(shù)關(guān)系擬合出衰蕩時(shí)間t和τ。； 通過衰蕩時(shí)間t和τ。計(jì)算出所述樣品對(duì)波長(zhǎng)的吸收率α ;#:是所述樣品的吸收率，τ。是所述光學(xué)諧振腔為空時(shí)衰蕩時(shí)間，τ是存在樣品時(shí)的 衰蕩時(shí)間，c是光速，^是所述棱鏡之間的距離，η是所述棱鏡的折射率，δ Θ是入射光偏 離布儒斯特角的大小。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光譜儀為設(shè)置有所述光學(xué)諧振腔的CEAS光譜儀， 所述光信號(hào)為激光； 所述"采集透過光學(xué)諧振腔的所述光信號(hào)，并以采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作樣品的 吸收光譜線"具體包括： 離散的改變激光輸出波長(zhǎng)； 當(dāng)空腔時(shí)，所述光學(xué)諧振腔輸出的光強(qiáng)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，切斷光路，阻止所述光信 號(hào)向所述光學(xué)諧振腔內(nèi)入射； 將衰減后的所述激光信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后依指數(shù)關(guān)系擬合出衰蕩時(shí)間τ。； U采集存在所述樣品時(shí)，所述光學(xué)諧振腔持續(xù)輸出的光強(qiáng)信號(hào)I ; 利用光學(xué)諧振腔的等效反射率R、衰蕩時(shí)間t。或者空腔時(shí)的等效池長(zhǎng)L rff，計(jì)算出所述 樣品對(duì)波長(zhǎng)的吸收率α ;作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光譜儀為設(shè)置有所述光學(xué)諧振腔的寬帶CEAS光譜儀， 所述光信號(hào)為寬帶光源； 所述"采集透過光學(xué)諧振腔的所述光信號(hào)，并以采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作樣品的 吸收光譜線"具體包括： 獲取波長(zhǎng)為λ i的光的光強(qiáng)；當(dāng)空腔時(shí)，所述光學(xué)諧振腔輸出的波長(zhǎng)為λ i的光的光強(qiáng) 達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，切斷光路，阻止所述光信號(hào)向所述光學(xué)諧振腔內(nèi)入射； 將衰減后的所述激光信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后依指數(shù)關(guān)系擬合出衰蕩時(shí)間τ。； 采集光學(xué)諧振腔為空時(shí)的寬帶光源信號(hào)U 采集存在樣品時(shí)，所述光學(xué)諧振腔持續(xù)輸出的光強(qiáng)信號(hào)I ; 利用光學(xué)諧振腔的等效反射率R、衰蕩時(shí)間t。或者空腔時(shí)的等效池長(zhǎng)L rff，計(jì)算出所述 樣品對(duì)波長(zhǎng)的吸收率α ;λ i是光譜上的任一波長(zhǎng)點(diǎn)，imo是光頻率為處所述樣品的吸收率，τ。是所述光學(xué) 諧振腔為空時(shí)衰蕩時(shí)間，c是光速，d是所述棱鏡之間的距離，η是所述棱鏡的折射率， δ Θ是入射光偏離布儒斯特角的大小； 所述寬帶CEAS光譜儀用于采集寬帶光信號(hào)的光譜信息，所述寬帶CEAS光譜儀包括：分 光光譜儀、濾光片光譜儀、阿達(dá)瑪變換光譜儀、傅里葉變換光譜儀、非色散光譜儀中的一種。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述方法還還包括以下步驟： 向所述光學(xué)諧振腔發(fā)送高頻信號(hào)，快速改變所述光學(xué)諧振腔的腔長(zhǎng)，以去除所述光學(xué) 諧振腔的光學(xué)噪聲。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述方法還包括以下步驟： 監(jiān)測(cè)所述光學(xué)諧振腔為空時(shí)的衰蕩時(shí)間，并將其和所述光學(xué)諧振腔的理論衰蕩時(shí)間對(duì) 比，判斷所述實(shí)際測(cè)量得到所述光學(xué)諧振腔的衰蕩時(shí)間是否小于所述光學(xué)諧振腔的理論衰 蕩時(shí)間或預(yù)先設(shè)置的實(shí)際設(shè)置的衰蕩時(shí)間與理論衰蕩時(shí)間的百分比， 若是，判斷所述光學(xué)諧振腔失調(diào)，同時(shí)，捕獲失調(diào)信號(hào)，調(diào)整所述光學(xué)諧振腔； 若否，繼續(xù)下一步驟。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述"若是，判斷所述光學(xué)諧振腔失調(diào)，同時(shí)，捕獲失調(diào) 信號(hào)，調(diào)整所述光學(xué)諧振腔"具體包括： 通過至少一塊所述棱鏡上的至少一塊PZT改變所述光學(xué)諧振腔的在X方向、y方向、Z 方向中至少其中一個(gè)方向的參數(shù)，以及改變角度參數(shù)，進(jìn)而調(diào)整所述光學(xué)諧振腔的姿態(tài)； 判斷調(diào)整后實(shí)際測(cè)量的所述光學(xué)諧振腔的衰蕩時(shí)間是否小于所述光學(xué)諧振腔的理論 衰蕩時(shí)間或預(yù)先設(shè)置的實(shí)際設(shè)置的衰蕩時(shí)間與理論衰蕩時(shí)間的百分比； 若是，發(fā)出故障告警，待解決故障后，再繼續(xù)下一步驟； 若否，判斷系統(tǒng)正常運(yùn)行。 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述樣品為氣體或液體； 所述光學(xué)諧振本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種光譜儀的光譜測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：采用光學(xué)耦合裝置接收由光源發(fā)出的光信號(hào)；將所述光信號(hào)耦合入射到光學(xué)諧振腔；采集光學(xué)諧振腔輸出的所述光信號(hào)，并以采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作樣品的吸收光譜線；依據(jù)上述獲取的所述吸收光譜線，通過數(shù)據(jù)處理得到所述樣品的吸收譜圖和樣品濃度信息。

【技術(shù)特征摘要】
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧文平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：鄧文平，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32