[发明专利]一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪及其监测方法

权利要求书

1.一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：包括有可出射线偏振光的激光器，激光器右方依次设置有第一1/4波片、平行平板对、气溶胶室、角反射棱镜，其中平行平板对由一对相互倾斜平行的前、后玻璃平板构成，前、后玻璃平板在第一1/4波片右方呈前后错开分布，其中前玻璃平板的左侧面朝向后玻璃平板的右侧面，且前玻璃平板的左侧面与第一1/4波片正对，前、后玻璃平板右侧面分别朝向气溶胶室，前玻璃平板左侧面从下至上依次附着有增透膜、高反膜,前玻璃平板右侧面附着有偏振分束膜、增透膜，位于气溶胶室与角反射棱镜之间前方设置有调制激光器，位于前玻璃平板前方设置有消偏振分光棱镜，消偏振分光棱镜朝向前玻璃平板的后侧面设置有第二1/4波片，紧贴消偏振分光棱镜前侧面、左侧面分别设置有偏振分光棱镜，且左侧的偏振分光棱镜与消偏振分光棱镜之间设置有1/2波片，前侧的偏振分光棱镜右方、前方以及左侧的偏振分光棱镜左方、后方分别设置有光电检测器件；

从激光器发出的光为线偏振光，偏振光经过第一                                               波片后，变成圆偏振光，圆偏振光射入平行平板对中前玻璃平板上左侧面A点，经过前玻璃平板的偏振分束膜后被分成p和s光，其中p光在A点透射过前玻璃平板后再穿过气溶胶室射向角反射棱镜，经过角反射棱镜回射后到达后玻璃平板，再经过后玻璃平板反射后到达前玻璃平板上B点并从B点透射过前玻璃平板，p光的光路作为测量臂，s光经前玻璃平板反射后经过后玻璃平板的高反膜再次反射后穿过气溶胶室射向角反射棱镜，经过角反射棱镜回射后到达前玻璃平板上B点右侧面，此光路作为参考臂，最终s光和p光在平行平板对中前玻璃平板的B点右侧面重新相遇汇合成相互重合偏振态正交的光信号，相互重合偏振态正交的光信号射入第二波片，变成两束旋转方向相反的圆偏光，然后经过消偏振分光棱镜分成等强度的两束光，其中一束光射向前侧的偏振分光棱镜后，p光透射s光反射形成两束相位差180度干涉信号，另外一束光经过波片后，形成与原来旋转方向相反的两圆偏光，然后再经过左侧的偏振分光棱镜形成另外两束相位差180度的干涉信号，四束相位差依次相差90度的干涉信号分别被四个光电检测器件接收后转换为电信号，作为整个光热干涉仪的输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述平行平板对中，前、后玻璃平板材质采用K9玻璃，激光器的测量波长为632.8nm。

3.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：位于气溶胶室与角反射棱镜之间的调制激光器后方、位于气溶胶室与平行平板对之间分别设置有反射棱镜，位于气溶胶室与平行平板对之间的反射棱镜前方设置有反射镜，反射镜使激光的方向改变180度。

4.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述第一、第二1/4波片的快轴与沿左右方向的X轴夹角为45度。

5.根据权利要求1所述的一种用于监测大气颗粒物浓度的光热干涉仪，其特征在于：所述1/2波片的快轴与沿左右方向的X轴夹角为22.5度。

6.一种基于权利要求1所述光热干涉仪的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：采用滤纸将含有颗粒物的空气其中的颗粒物与气体分开来，由于空气分子的粒径远小于滤纸缝隙，而颗粒物的粒径远大于滤纸的缝隙，故留在滤纸上形成沉积颗粒物；

将形成有沉积颗粒物的滤纸置于光热干涉仪中气溶胶室与角反射棱镜之间的测量臂上，用调制激光器以一定的角度照射滤纸上的颗粒物，颗粒物就会吸收热量，当吸收达到饱和时滤纸上颗粒物放出热量使周围空气温度改变，空气折射率随之改变，从而光热干涉仪中四个光电检测器件的输出信号发生改变，从四个光电检测器件的输出信号中选择处于正交状态的信号作为光热干涉仪输出信号，光热干涉仪输出信号在一定时间后达到动态平衡，根据调制激光器的照射功率和光热干涉仪输出信号的幅值的比值来确定颗粒物的相对浓度，并使用三个以上已知浓度的颗粒物滤纸进行测量，通过线性拟合确定标定系数，通过计算得出大气中颗粒物的质量浓度。

7.根据权利要求6所述的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：调制激光器由信号发生器发出的占空比为50%的方波控制，方波的上升沿时调制激光器开始照射，下降沿时调制激光器停止照射，调制激光器照射时间与停止照射时间相等。

8.根据权利要求6所述的大气颗粒物浓度监测方法，其特征在于：对空白滤纸激光照射后，光热干涉仪输出作为背景，为了排除非颗粒物在激光照射后干涉仪输出对测量结果的影响。