[发明专利]基于双腔式腔衰荡技术的大气NO3自由基浓度测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及大气中NO₃自由基的检测系统领域，具体为一种基于调制二极管激光器的双腔式腔衰荡技术的大气NO3自由基浓度测量系统。

背景技术

NO₃自由基是夜间大气中最重要的氧化剂，测量夜间大气中NO₃自由基的浓度是开展夜间大气化学研究的前提。目前，主要的测量方法有基质隔离电子顺磁共振光谱（MI-ESR）技术，激光诱导荧光（LIF）技术，差分吸收光谱（DOAS）技术等三种，其中，MI-ESR技术是将基质隔离技术与电子顺磁共振技术相结合用于测量高化学活性自由基的技术，需要低温捕获空气样品然后进行实验室分析，不适合在线的浓度测量。LIF技术需要复杂的定标才能定量测量，且维护费用较高。DOAS技术利用NO₃自由基的窄带吸收特性，根据窄带吸收强度来反演其浓度，但需要在大气中有较长的吸收光程（如3km），受环境影响较大。

腔衰荡光谱技术是一种基于衰荡腔的高灵敏测量技术，主要通过测量光在衰荡腔中的衰荡时间，衰荡时间与衰荡腔的腔镜，基长以及腔内介质的散射和吸收有关，与光源光强的变化无关，具有灵敏度高，信噪比高，抗干扰强的特点。脉冲激光进入由高反镜组成的衰荡腔后，会有一部分光透过高反镜射出，随着光在高反腔中来回反射，透过的光会随时间按单指数的方式衰减，对这样一个过程称之为一个衰荡过程，对这个衰荡过程单指数拟合可以获得该过程的衰荡时间。测量不含有待测气体时的衰荡时间为本底衰荡时间τ₀，含有待测气体时的衰荡时间为τ，在已知待测气体吸收截面σ的情况下，通过下面的公式可以获得待测气体的浓度：

[A]=RLcσ(1τ-1τ0)]]>

其中R_L为腔长和待测气体吸收长度的比值，c为光速。

由于NO₃自由基在660nm处有一强的宽带吸收，而且吸收截面已知，可以通过腔衰荡技术准确测量其浓度。由于NO₃自由基活性强，寿命短，采用两个衰荡腔在测量NO₃自由基的衰荡时间时，同步测量除NO₃自由基外其他气体的本底衰荡时间，避免本底衰荡时间不同步引起测量误差，准确获得NO₃自由基的浓度。然而，由于一般采用YAG激光器泵浦染料激光器为脉冲光源，体积大，费用高，维护困难，不利于小型化，难以发展为仪器。随着连续二极管激光器的发展，使用外部调制的红光二极管激光器为光源代替传统的YAG和染料激光器组合成为可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双腔式腔衰荡技术的大气NO3自由基浓度测量系统，以解决现有技术现有技术存在的不足。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于双腔式腔衰荡技术的大气NO3自由基浓度测量系统，其特征在于：包括函数发生器、二极管激光器、光隔离器、第一反射镜、分束镜、第二反射镜、第一衰荡腔、第二衰荡腔、两组窄带滤色片、两组光电探测器、采集卡，所述函数发生器与二极管激光器连接，第一、第二衰荡腔各自两端分别设置有入光口、出光口，第一、第二衰荡腔内后部分别设置有高反镜，第一衰荡腔上设置有进气口，第二衰荡腔上设置有出气口，且第一、第二衰荡腔通过衰荡腔连接口连通，由第一衰荡腔的进气口与衰荡腔连接口之间、第二衰荡腔的出气口与衰荡腔连接口之间构成气体吸收区域，两组窄带滤色片一一对应设置在第一、第二衰荡腔出光口处，两组光电探测器与两组窄带滤色片一一对应光学配合，且两组光电探测器分别接入采集卡；