一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，包括光源、準直系統(tǒng)、樣品室、前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)和顯示器，準直系統(tǒng)設置在光源和樣品室之間，且光源設置在準直系統(tǒng)的前焦點上，樣品室設置在準直系統(tǒng)和前光學系統(tǒng)之間，單色器設置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間，前光學系統(tǒng)由主反射鏡和次反射鏡組成，主反射鏡的中間設置有一開口；后光學系統(tǒng)由四組透鏡組成，每個透鏡組設置在單色器的其中一個工作通道上；信號接收處理系統(tǒng)由CCD探測器和信號處理器組成，每個CCD探測器通過信號處理器連接在顯示器上。本發(fā)明能見度測量儀具有較高光譜分辨率、較高的光通量以及光譜測量范圍較大的優(yōu)點，綜合性能高。
【專利說明】
一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及光學儀器領域，具體是一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀。
【背景技術】
[0002]能見度是反映大氣透明度的一個指標，能見度和當時的天氣情況密切相關。當出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時，大氣透明度較低，因此能見度較差。能見度對人們的生產和生活影響很大，比如，低能見度下，航海、航空和陸上交通都受到很大影響，容易發(fā)生重大事故，同時，能見度還是表征大氣污染程度的關鍵物理量，及時準確的測量能見度具有重要意義。由于受環(huán)境溫度、電路穩(wěn)定性等因素影響，探測光會在中心波長附近漂移，導致大氣消光系數(shù)波動，這就需要測量不同波長下的消光系數(shù)，對能見度測量結果進行修正。
[0003]測量不同波長下的消光系數(shù)需要用到單色器這種分光器件，將消光系數(shù)隨光譜變化的信息提取出來。根據所用的單色器不同，能見度測量儀分為幾種類型。
[0004]棱鏡-光柵-棱鏡(PGP)型能見度測量儀采用普通棱鏡和衍射光柵的組合來達到分光目的，在一定程度上彌補了棱鏡和光柵單獨作為分光元件時的譜線彎曲，有利于儀器的整體結構的裝調，但其色散性能主要以其中的光柵為主，具有較寬的光譜測量范圍和較高的光譜分辨率，但是由于受到光柵狹縫大小的限制，該方法難以獲得較高的光通量，信噪比較低。
[0005]傅里葉變換型能見度測量儀利用干涉儀原理進行分光，通過探測像元輻射的干涉圖，并利用計算機對干涉圖進行傅里葉變換處理，獲得像元的光譜分布。這種方法具有較高的光譜分辨率、較高的光通量、較高的信噪比，但是受限于光程差變化間隔難以太小，該方法主要用于紅外光譜波段。
[0006]目前的能見度測量儀難以同時兼顧光譜分辨率、光通量、光譜測量范圍等特性。開發(fā)一種具有較高的綜合性能的能見度測量儀顯得尤為迫切。

【發(fā)明內容】

[0007]為了解決目前能見度測量儀中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，包括光源、準直系統(tǒng)、樣品室、前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)和顯示器，所述準直系統(tǒng)設置在光源和樣品室之間，且光源設置在準直系統(tǒng)的前焦點上，所述樣品室設置在準直系統(tǒng)和前光學系統(tǒng)之間，所述的單色器設置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間，
所述的前光學系統(tǒng)由主反射鏡和次反射鏡組成，所述主反射鏡的中間設置有一開口，所述主反射鏡的焦點與次反射鏡的焦點位置重合；
所述的后光學系統(tǒng)由四組透鏡組成，包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、和第四透鏡組，每個透鏡組由若干個透鏡組成，每個透鏡組設置在單色器的其中一個工作通道上；
所述的信號接收處理系統(tǒng)由CCD探測器和信號處理器組成，每個透鏡組的后焦面上設置有相應的CXD探測器，每個C⑶探測器與信號處理器連接，信號處理器連接在顯示器上。
[0009]作為本發(fā)明進一步的方案:所述的光源為鹵鎢燈。
[0010]作為本發(fā)明進一步的方案:所述主反射鏡的開口尺寸大于從次反射鏡出射的平行光尺寸。
[0011]作為本發(fā)明進一步的方案:所述的主反射鏡為凹面二次旋轉拋物面鏡，所述的次反射鏡為凸面二次旋轉拋物面鏡。
[0012]作為本發(fā)明再進一步的方案:所述主反射鏡表面和次反射鏡表面均涂有反射光學膜層。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能見度測量儀具有較高光譜分辨率、較高的光通量以及光譜測量范圍較大的優(yōu)點，綜合性能高。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的連接示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的結構示意圖。
[0016]圖中:1-旋轉濾光片;8-偏振器；12-主反射鏡；13-次反射鏡；14-單色器；15-第一透鏡組；16-第二透鏡組；17-第三透鏡組；18-第四透鏡組；19-第一 CCD探測器;20-第二 CCD探測器;21-第三CXD探測器;22-第四C⑶探測器。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0018]請參閱圖1?2，本發(fā)明實施例中，一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，包括光源、準直系統(tǒng)、樣品室、前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)和顯示器，準直系統(tǒng)設置在光源和樣品室之間，且光源設置在準直系統(tǒng)的前焦點上，樣品室設置在準直系統(tǒng)和前光學系統(tǒng)之間，單色器設置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間。
[0019]前光學系統(tǒng)由主反射鏡和次反射鏡組成，主反射鏡的中間設置有一開口，主反射鏡的焦點與次反射鏡的焦點位置重合；
后光學系統(tǒng)由四組透鏡組成，包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、和第四透鏡組，每個透鏡組由若干個透鏡組成，每個透鏡組設置在單色器的其中一個工作通道上；
信號接收處理系統(tǒng)由C⑶探測器和信號處理器組成，每個透鏡組的后焦面上設置有相應的CXD探測器，每個C⑶探測器與信號處理器連接，信號處理器連接在顯示器上。
[0020]主反射鏡的開口尺寸大于從次反射鏡出射的平行光尺寸。主反射鏡為凹面二次旋轉拋物面鏡，次反射鏡為凸面二次旋轉拋物面鏡。主反射鏡表面和次反射鏡表面均涂有反射光學膜層。
[0021]光源為鹵鎢燈，發(fā)出可見和近紅外的波長較寬的光，光源發(fā)出的光經過準直系統(tǒng)后變成平行光入射至樣品室內的待測大氣樣品中。前光學系統(tǒng)將樣品室出來的光轉換成匹配單色器口徑的平行光束。
[0022]前光學系統(tǒng)由一組反射鏡構成，包括主反射鏡12和次反射鏡13，主反射鏡12為凹面二次旋轉拋物面鏡，主反射鏡12表面涂有反射光學膜層，將入射的光反射出去;次反射鏡13為凸面二次旋轉拋物面鏡，次反射鏡13表面涂有反射光學膜層，將入射的光反射出去。
[0023]主反射鏡12接收來自樣品室發(fā)出的光線，并對光線進行反射和會聚，會聚光線的傳播方向為主反射鏡12的焦點；主反射鏡12中間設置有一開口，開口尺寸大于從次反射13出射的平行光尺寸，不阻擋平行光出射，次反射鏡13位于主反射鏡12和主反射鏡12的焦點之間，并且主反射鏡12的焦點與次反射鏡13的焦點位置重合。
[0024]主反射鏡12將樣品室出來的光進行反射并會聚，會聚光束入射到次反射鏡13表面，再被次反射鏡13反射出去，形成小口徑平行光出射。次反射鏡13接收主反射鏡12反射會聚的光線，并對光線反射，形成平行光從主反射鏡12的中間開口出射，形成比入射光束口徑小的平行光。次反射鏡13出射的平行光進入單色器14，經過單色器14的分光作用，形成四個工作通道的出射光。
[0025]單色器14由多組旋轉濾光片和偏振器組成，偏振器設置在前光學系統(tǒng)和旋轉濾光片之間，旋轉濾光片由鍍有窄帶膜的鏡片組成，旋轉濾光片安裝在精確旋轉的鏡框內，偏振器由鍍有偏振膜的棱鏡組成，將出射光束分為兩束不同偏振方向的出射光束，旋轉濾光片和偏振器表面均涂有反射光學膜層。
[0026I后光學系統(tǒng)由四個透鏡組構成，包括第一透鏡組15、第二透鏡組16、第三透鏡組17和第四透鏡組18，每個透鏡組由若干透鏡組成，對某一工作通道的出射光進行會聚成像，成像面位于該組透鏡的后焦面上。
[0027]在每組透鏡的后焦面上設置有相應的CXD探測器，用來接收焦面上的光能量，并將光信號轉換成電信號;每個CCD探測器與信號處理器連接，第一透鏡組15的后焦面上設置有第一 CCD探測器19，第二透鏡組16的后焦面上設置有第二 CCD探測器20，第三透鏡組17的后焦面上設置有第三CXD探測器21，第四透鏡組18的后焦面上設置有第四CXD探測器22，對CXD輸出的電信號進行處理轉換，得到物體的一維光譜信息和二維空間信息，并輸出給顯示器進行顯示。
[0028]實際應用中，可根據被測目標的需要靈活更換其中單色器的通道數(shù)和測量光譜范圍。
[0029]
對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
【主權項】
1.一種基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，包括光源、準直系統(tǒng)、樣品室、前光學系統(tǒng)、單色器、后光學系統(tǒng)、信號接收處理系統(tǒng)和顯示器，其特征在于，所述準直系統(tǒng)設置在光源和樣品室之間，且光源設置在準直系統(tǒng)的前焦點上，所述樣品室設置在準直系統(tǒng)和前光學系統(tǒng)之間，所述的單色器設置在前光學系統(tǒng)和后光學系統(tǒng)之間， 所述的前光學系統(tǒng)由主反射鏡和次反射鏡組成，所述主反射鏡的中間設置有一開口，所述主反射鏡的焦點與次反射鏡的焦點位置重合； 所述的后光學系統(tǒng)由四組透鏡組成，包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、和第四透鏡組，每個透鏡組由若干個透鏡組成，每個透鏡組設置在單色器的其中一個工作通道上； 所述的信號接收處理系統(tǒng)由CCD探測器和信號處理器組成，每個透鏡組的后焦面上設置有相應的CXD探測器，每個C⑶探測器與信號處理器連接，信號處理器連接在顯示器上。2.根據權利要求1所述的基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，其特征在于，所述的光源為鹵鎢燈。3.根據權利要求1所述的基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，其特征在于，所述主反射鏡的開口尺寸大于從次反射鏡出射的平行光尺寸。4.根據權利要求1所述的基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，其特征在于，所述的主反射鏡為凹面二次旋轉拋物面鏡，所述的次反射鏡為凸面二次旋轉拋物面鏡。5.根據權利要求1所述的基于旋轉濾光片單色器的能見度測量儀，其特征在于，所述主反射鏡表面和次反射鏡表面均涂有反射光學膜層。
【文檔編號】G01N21/01GK105954286SQ201610357204
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】繆同群, 張聲榮, 伍志軍, 王志洲, 劉寶星
【申請人】上海新產業(yè)光電技術有限公司