[实用新型]一种垂直分层大气多光谱测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于大气光学特性研究领域，涉及一种光谱测量技术，具体为一种垂直分层大气多光谱测量装置。

背景技术

目前用于大气多光谱测量的实验装置多采用过滤型弥漫技术，该技术通过抽气方法使大气中的气溶胶粒子吸附于过滤器内的过滤膜上，利用光的衰减与粒子的沉积成正比的性质，比较穿过气溶胶过滤膜的光线与参考光的强弱变化，以此来确定气溶胶的吸收性。该方法的局限性是：气溶胶粒子被吸附于过滤器内的过滤膜上，而过滤器中光程过短(通常小于0.3米)，使气溶胶粒子处于非自然悬浮状态，导致沉积粒子相互之间的光学作用加大，加上过滤器形态和获取微粒沉积的抽气强度与时间不同，会造成测量结果的分散性较大，精度不高。

另一种直接测量方法采取管形弥漫装置。该装置为密闭性装置，保证在微粒自然悬浮状态下测量透射性，两端用高透明材料密封，预留照度、亮度光谱测试孔。装置具有隔热性和非透光性，弥漫体上方留有温湿度测试孔、气溶胶充入口和空气干燥口。测试过程中，弥漫装置、测量仪器、光源都不能发生位置改变。弥漫器中气溶胶的产生采用改变湿度和温度相结合的方法，加湿器改变湿度大小，空调控制温度，管内能见度用一体化便携式能见度检测仪进行测试，能见度应在五个级别范围内，分别测试出相应能见度下的照度、亮度和光谱分布。该装置是在气溶胶粒子自然悬浮状态下测量其光吸收量，从而消除微粒在过滤膜上沉积和聚集所造成的相互的光学作用影响。这种装置较前一种方法，可增大光束的光程距离，减小粒子相互的光学作用，使光的总衰减系数易于测量。分别测出衰减系数和散射系数，用两系数相减便可得到吸收系数。同时，在管内增加光学镜片，运用镜面反射法进行多次镜面反射，增大光束的光程距离，减小粒子相互的光学作用，使光的总衰减系数易于测量。但是，该装置尚存在一些不足：首先是管体长度较长，单管管体长度为6.2m，多管串联可达24.8m，致使对实验场地要求较高。其次，因管体容积较大，温、湿度控制时间较长，气溶胶粒子均匀弥散用时也较长。当多管串联使用时，仅能加长光程，管体内环境不变，不能模拟大气垂直分层的环境特点。管体内不具备气压调节能力。最重要的是，系统不能消除管体两端密封玻璃因受到内部气溶胶粒子污染而对光信号带来的干扰，在气溶胶粒子浓度和环境湿度较高的情况下，对测量的影响尤为突出。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，解决目前直接测量装置体积大，气压无法控制，温度范围有限，无法进行分层大气实验，不能消除镜面污染干扰等问题，本实用新型采用直接测量技术，结合温、压、湿和气溶胶粒子浓度测控技术以及光谱分析技术，设计垂直分层大气多光谱测量实验装置，公开一种实验环境可控、适用于实验室使用的组合式分层大气多光谱测量装置。

技术方案：一种垂直分层大气多光谱测量装置，所述装置单元包括大气环境模拟系统、光谱测量系统和大气环境控制系统；所述大气环境模拟系统由恒温层包裹，并通过密封玻璃将其分隔为两端的真空室和中间的弥漫室，弥漫室内设有两条丝杠，丝杠与密封玻璃固定连接，且丝杠上设有电机，两条丝杠之间设有连接杆，并于连接杆上安装移动玻璃块；所述光谱测量系统包括反光镜、光源、光谱分析探头和接收端，反光镜均匀分布于真空室的两端，光源和接收端分别设于真空室的两端，光谱分析探头设于移动玻璃块上；其中与光源连接一端的真空室自上而下分别设有光线入射孔和通光孔，与接收端连接一端的真空室上设有光线出射孔；所述大气环境控制系统包括各自形成闭环结构的温度控制器、温度传感器、湿度发生器、湿度传感器、粒子发生器、压力传感器，其中温度控制器通过管路与恒温层连通，湿度发生器和粒子发生器分别通过管路与弥漫室连通，每条管路上均设有控制阀，粒子发生器上设有压力泵。

优选的，所述装置单元至少为1个。即可将多个实验装置连接在一起，在每一个装置的大气环境模拟系统内构建不同的实验环境，由此可测得光线通过垂直分层大气后的光谱特性。光谱测量系统的光源和接收端分别安装于大气环境模拟系统的两端，当多个模拟箱串联使用时，则安装于串联后首箱和末箱的光线入射口和接收口处。光源的控制和接收信号分析由测控终端完成。

优选的，所述温度控制器包括电加热器和制冷机组，控温介质为水。温度控制器通过循环管路与恒温层连通，控制阀用于调节系统的循环速度；温度传感器用于测量弥漫室的温度并将测量结果传送至测控终端，从而实现温度的闭环控制。所述温度传感器选用高精度铂电阻温度传感器。

所述湿度控制系统由湿度发生器、湿度传感器构成控制回路，实现弥漫室环境湿度的调节。所述湿度传感器选用高精度湿敏电容传感器。