一种用于监测多种污染源的多路径切换差分吸收光谱系统

技术领域

本发明涉及空气污染检测领域，特别是涉及一种用于监测多种污染源的低成本多路径切换差分吸收光谱系统。

背景技术

为了应对空气环境污染问题，保障人民的身体健康，针对污染源气体的监测设备需求日益提高。目前国控、省污染源企业都没有在线监测系统，但是仍需工作人员在现场进行采集操作并将监测数据带回监测站进行对比后得出检测报告。这种方法耗时耗力，并且部分污染源具有毒性，工作人员如果长期处于这种环境之中，必然会损害自身生命健康。此外，随着我国经济持续快速发展，新的工业园区如雨后春笋般出现在各个地区，而工业园区在带来巨大的经济效益的同时也埋藏着不可忽视的隐患，做好工业园区各种化工物质的排放监测工作已然成为重中之重。由于工业园区一般占地面积较大，使用原位测量的方法显然工作量大，效率低，成本高，难以实现大范围快速扫描监测。遥测系统则可以在很大程度上解决上述的问题，省时省力，而且成本较低，配合二维位移云台实现多路径切换，甚至可在360°范围内进行快速扫描。这样，不仅可以对污染企业和工业园区进行实时监测，还可对汽车或者船舶的尾气排放进行有效测量。

发明内容

基于此，有必要提供一种用于监测多种污染源的多路径切换差分吸收光谱系统，实现在大范围区域内对多种污染源进行实时在线监测;

本发明提供的多种污染源的多路径切换差分吸收光谱系统，包括差分吸收路径积分污染物检测仪、逆向反射镜和位移云台和三角支架。具体地，检测仪机箱内置光源模块、分析模块、数据处理模块以及准直透镜与会聚透镜，通过螺丝固定于机箱底板之上；所述光源模块为廉价宽带光源，所述分析模块包括光谱仪，所述数据处理模块包括数据采集卡；并需要配套多个逆向反射镜及多个三角支架固定进行使用;

所述光源模块为廉价宽带光源（从而使系统低成本），可采用氙灯或者卤素灯；所述的光谱仪，可采用宽光谱响应范围的高分辨率光谱仪；所述的数据采集卡，采用常规中等采样率的采集卡，所述透镜，使用常规口径短焦距的准直透镜和大口径短焦会聚透镜;

所述的位移云台包括二维位移云台、三维位移云台，采用可外部程序控制，精确调节俯仰角度和水平朝向的小型位移云台;

所述差分吸收路径积分污染物检测仪机箱通过螺丝固定于所述位移云台之上，所述位移云台可以进行精确的水平旋转调节和俯仰调节，进而有效调整机箱的位置;

所述逆向反射镜，可采用各种市场上可购到的逆向反射镜。所述逆向反射镜可采用多片反射镜通过铝制框架固定，这样可以将不同角度射入的光经多次反射后原路折返回去，降低了对入射角度的要求；所述逆向反射镜通过螺丝固定好形成稳定系统;

在多路径大范围污染源监测工作时，具体放置时，所述多套逆向反射镜以检测仪机箱为圆心以一定的角度间隔依次排列；

本发明产生的效果

1）将廉价宽带光源与差分吸收光谱技术相结合，实现了多组分污染源的监测工作，同时降低了仪器的成本;

2）将遥测技术与位移云台相结合，实现了大范围内多路径自由切换的遥感监测功能。

附图说明

图1为本发明一实施方式的俯视图；

图2为本发明一实施方式的侧视图（近以单一路径为例）；

其中，1-光源模块（宽带光源），2-分析模块（光谱仪），3-数据处理模块（数据采集卡），4-检测仪机箱，5-电脑，6-二维位移云台，7-准直透镜，8-会聚透镜，9，10，11-逆向反射镜，12，13-三角支架，14-污染源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；

请参阅图1-2，对本发明提供的多种污染源低成本多路径切换差分吸收光谱系统进行说明。该系统包括差分吸收路径积分污染物检测仪、逆向反射镜和二维或三维位移云台三部分组成，检测仪机箱4置光源模块（宽带光源）1、分析模块（光谱仪）2、数据处理模块（数据采集卡）3及准直透镜7和会聚透镜8，所有装置均通过支杆与螺丝固定在机箱底部，具有较强的抗震能力。检测仪机箱4放置在位移云台6之上，以实现二维或三维方向上角度的变化，该位移云台6拥有较高精度，可以满足系统需求。此外，该系统需要配置多套逆向反射镜9，10，11（以图1为例，给出了三套逆向反射镜）来将不同角度射来的光线按照原反向折返回去；

本发明提供的多种污染源低成本多路径切换差分吸收光谱系统，与现有方法相比，通过将检测仪器机箱4放置在位移云台之6，可以方便快捷且精确地改变检测仪的俯仰和水平朝向，快速切换检测路径，搭配上不同方位上的逆向反射镜9，10，11，完成大范围内不同路径上多种污染源的准确实时监测，并且单路径有效检测长度可达数百米。此外，该系统采用的是廉价的宽带光源，这在很大程度上降低了仪器成本，提高了性价比。综上，系统具有很高的安全性与通用性，省时省力，可以极大提高工作效率；

作为本发明提供的多种污染源低成本多路径切换差分吸收光谱系统的一种具体实施方式，请参阅图1，图1出的是应用场景的俯视图，光源模块（宽带光源）1发出的光经过准直镜7准之后射向正前方的逆向反射镜10，经过多次反射之后原路返回检测仪，返回的光经过会聚透镜8会聚之后导入到分析模块（光谱仪）2，分析模块（光谱仪）2会对返回光的光谱信息进行分析，在这种光程较长的情况下，我们通常采用差分吸收光谱法。差分吸收光谱系统的基本原理是利用气体分子对光线的差分吸收。差分吸收光谱系统有监测范围广、非接触、测量周期短、响应快、稳定性好、维护量小、运行费用低等优点，被广泛应用在长距离遥测方面；

当对当前路径监测完毕之后，通过调节位移云台6，可以变换检测仪机箱4的角度，如图1所示，当位移云台6水平顺时针转动θ角度之后，光源模块（宽带光源）1发出的光将射向逆向反射镜11，从而进行该路径上的多种污染源的监测工作，该工作流程与上述一致，光经逆向反射镜11反射多次后返回分析模块（光谱仪）2中行光谱分析，分析模块（光谱仪）2的数据被数据处理模块（数据采集卡）3采集后通过电脑5里面的程序反演出不用路径上不同污染源的积分浓度；当位移云台6水平逆时针转动θ角度之后，光源1发出的光将射向逆向反射镜9，这时则进行此路径上的多种污染源的监测工作；

图1示意图中只给出了3套逆向反射镜装置，在实际的系统搭建中，逆向反射镜装置的数量可能会远远大于3套，从而覆盖更多路径，甚至可以达到位移云台6在360°范围内每次以固定角度顺时针或者逆时针旋转，总有对应的逆向反射镜可以将检测仪光源1发出的光折返回去；

作为本发明提供的多种污染源多路径切换差分吸收光谱系统的一种具体实施方式，请参阅图2，图2为本发明一实施方式的侧视图（近以单一路径为例）。将检测仪机箱4放置在位移云台6之上，而云台6经过三角支架12稳固地固定在一定的高度，该二维位移云台6可以旋转调节和俯仰旋转调节，从而改变检测仪机箱4的位置。逆向反射镜10放置在距检测仪机箱4上百米处，同样由三角支架13进行固定。当测量开始时，打开检测仪的光源1，光源1发出的光经准直后射向逆向反射镜10，多次反射后，光线原路返回至检测仪机箱4，被其内置的分析模块（光谱仪）2接收，分析模块（光谱仪）2的数据被数据处理模块（数据采集卡）3采集后通过电脑5里面的程序处理后反演出待测污染源的浓度；

本发明中使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围；

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。