[发明专利]激光自混合大气颗粒物多物理参数测量方法和装置

权利要求书

1.一种激光自混合大气颗粒物多物理参数测量装置，包括微片激光器和依次安装在其发射端轴线上的准直透镜、第一会聚透镜，其特征在于：所述准直透镜与第一会聚透镜之间安装有能将微片激光器发射光分光在发射光轴垂直方向的分光镜，所述分光镜分光后激光光路上安装有第二会聚透镜，所述第二会聚透镜焦点处安装有光电探测器，所述光电探测器后依次电连接有信号放大器、数据采集卡、频谱分析仪和计算机，所述光电探测器的输出端与信号放大器的输入端电连接，信号放大器的输出端分别电连接在数据采集卡和频谱分析仪的输入端，所述数据采集卡和频谱分析仪的输出端电连接在计算机上。

2.根据权利要求1所述的激光自混合大气颗粒物多物理参数测量装置，其特征在于：所述微片激光器采用激光二极管泵浦微片激光器，单横模和单纵模激光输出。

3.根据权利要求1所述的激光自混合大气颗粒物多物理参数测量装置，其特征在于：所述微片激光器、准直透镜、第一会聚透镜、第二会聚透镜以及颗粒物共同构成共焦系统。

4.一种激光自混合大气颗粒物多物理参数测量方法，其特征在于包括以下步骤：

1）微片激光器输出单横模单纵模激光，经过准直透镜准直后投射到分光镜上3；

2）经过分光镜的透射光通过第一会聚透镜会聚到待测大气颗粒物上，部分后向散射光沿着入射路径反馈回微片激光器的谐振腔；

3）经过分光镜的反射光通过第二会聚透镜会聚到光电探测器上，实时监测由颗粒物光反馈产生的激光自混合效应，光电探测器将光功率的调制转变为光功率电信号，光功率电信号再经过信号放大器放大；

4）经信号放大器的电信号分别接入数据采集卡和频谱分析仪，数据送入计算机；

5）由数据采集卡得到放大后的功率电信号，计算出信号起伏的标准差；首先测量已知颗粒物浓度下光电探测器上信号起伏的标准差，得到颗粒物浓度和信号起伏标准差的标准变化关系图谱，然后测量待测颗粒物通过激光聚焦点的激光功率信号，将所得的信号的标准差与得出的标准变化关系图谱比对，得出颗粒物浓度信息；

6）频谱分析仪检测的信号电功率频谱的峰值功率即与颗粒物运动速度对应，信号频谱消失进入噪声频谱时的频率即为颗粒物运动引起的多普勒频移,颗粒物运动速度由公式计算得到；

7）由频谱分析仪得到多个标准粒径下的功率谱曲线，得到颗粒物粒径和功率谱半宽的标准变化关系图谱，然后测量待测颗粒物通过激光聚焦点的激光功率信号，将所得的信号的功率谱与得出的标准变化关系图谱比对，得出颗粒物粒径信息。