一种用于单颗粒物前后向散射及退偏比测量的光路系统的制作方法

本发明涉及大气污染颗粒物光学性质探测领域，尤其涉及一种单颗粒物前后向散射及退偏比测量的光路系统。

背景技术：

目前对大气污染颗粒物退偏等光学性质的检测主要通过星载和地基激光雷达的方式，雷达发射激光并接收污染气团的体积散射光，探测到主要是污染气团的整体性质，难免存在盲区，不如对于单颗粒物性质的逐个甄别结果精确，而目前能用于单颗粒物退偏性质的实时监测的相关仪器比较少。本发明通过建立合理准直透镜和聚光透镜的组合，合理设计光路系统，达到有效探测环境单颗粒物不规则程度的目的极大提高了大气污染物理化性质的探测水平。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种单颗粒物前后向散射及退偏比测量的光路系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于单颗粒物前后向散射及退偏比测量的光路系统，包括入射光准直去偏模块(1)，激光校准检测模块(2)，单颗粒物散射模块(3)，后向偏振光检测模块(4)，前向散射光测量模块(5)以及分光透镜，

所述入射光准直去偏模块(1)，所述分光透镜，所述单颗粒物散射模块(3)和所述前向散射光测量模块(5)顺次安装，所述激光校准检测模块(2)和所述后向偏振光检测模块(4)相对设置在所述分光透镜的对立面。

优选地，所述入射光准直去偏模块(1)用于产生线性偏振激光，并将激光发射给所述分光透镜；

所述分光透镜将接收到的线性偏振激光分别发射到所述单颗粒物散射模块(3)和所述激光校准检测模块(2)；

所述单颗粒物散射模块(3)将接收到的激光进行散射，散射后的光线分别进入所述前向散射光测量模块(5)和所述后向偏振光检测模块(4)；

所述激光校准检测模块(2)用于持续测量激光光源的强度；

所述后向偏振光检测模块(4)接收经分光透镜折射的后向散射光分成s偏振光和p偏振光，用于计算后向散射光的退偏比；

所述前向散射光测量模块接收前向散射光并进行光照强度的计算，从而计算出单颗粒物的粒径。

优选地，所述前向散射光为散射后前向±11度视野夹角内的所有光信号；所述后向散射光为后向±169度视野夹角内的所有光信号。

优选地，所述入射光准直去偏模块(1)包括50mw的绿光激光器和偏振片，所述偏振片设置在所述绿光激光器的后方，以将产生的激光形成线性偏振激光进入所述后向偏振光检测模块(4)。

优选地，所述偏振片的前后设置有相对设置的平凸透镜，分别为第一平凸透镜和第二平凸透镜；

所述第二平凸透镜和分光透镜之间设置有第三平凸透镜。

优选地，所述激光校准检测模块(2)包括第四平凸透镜和第一光电倍增管，所述第四平凸透镜设置在所述第一光电倍增管透镜和所述分光透镜之间。

优选地，所述单颗粒物散射模块(3)包括柱透镜和气溶胶粒子束，所述气溶胶粒子束对进入的激光进行散射。

优选地，所述后向偏振光检测模块(4)包括、偏光分光器(pbs)、第二光电倍增管、第三光电倍增管、第五平凸透镜和第六平凸透镜，所述第五平凸透镜设置在所述第二光电倍增管和所述偏光分光器之间，所述第六平凸透镜设置在第三光电倍增管和所述偏光分光器之间，且两组光电倍增管沿垂直方向设置。

优选地，所述前向散射光测量模块(5)包括第四光电倍增管、第七平凸透镜和第八平凸透镜，所述第七平凸透镜和所述第八平凸透镜相对设置在所述第四光电倍增管与气溶胶粒子束之间。

优选地，所述光路系统还包括所述废光处理模块(6)，所述废光处理模块包括一个耗散腔和平面镜，所述平面镜安装在第七平凸透镜和第八平凸透镜之间，所述平面镜将多余的光源发出的光线反射到所述耗散腔内，避免引起测量误差。

本光路系统的测量原理如下：

a)首先使用50mw的绿光激光器产生发散的激光光束。

b)第一平凸透镜对发散的激光光束进行汇聚，然后经过偏振片将激光光束处理成线偏振光。

c)线偏振光再经过第二平凸透镜和第三平凸透镜形成平行的线偏振光然后进入分光透镜(bs)，分光透镜使得50％的线偏振光沿直线通过，进入单颗粒物散射模块(3)；其余50％的线偏振光经分光透镜反射后进入激光校准检测模块(2)测量光强，从而持续测量激光光源强度。

d)进入单颗粒散射模块的光线，与垂直向下进入的气溶胶粒子束进行交汇，所述气溶胶粒子束对光线进行散射，此时散射光分为前向(朝向第七平凸透镜方向)±11度和后向(朝向分光透镜方向)±169度视野夹角的散射光。

e)由颗粒物引起的前向散射光(前向±11度的散射光)进入前向散射光测量模块(5)进行强度的测量，用于计算颗粒物粒径；

f)后向散射光(后向±169度的散射光)往后传递，然后经过柱透镜和分光透镜的反射进入后向偏振光检测模块(4)，后向偏振光检测模块的偏光分光器将后向散射光分成p信号和s信号，且分别通过第二光电倍增管和第三光电倍增管进行测量，用于计算后向散射光的退偏比。

g)在经过气溶胶粒子束散射之后会产生多余的光源光束，为了减少误差，在在第七平凸透镜和第八平凸透镜之间安装一个平面镜，所述平面镜将多余的光源发出的光线反射到所述耗散腔内。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种用于监测单颗粒物前后向散射及退偏比测量的光路系统，通过建立合理准直透镜和聚光透镜的组合，合理设计光路系统，该光路系统结构简单，稳定性强，适合广泛应用于监测站的污染物监测，从而极大提高了大气污染物理化性质的探测水平。相对于传统的激光雷达监测，避免了雷达盲区，获得的污染物性质更加精确，促进对污染物理化性质的更深认识。

附图说明

图1是本发明实施例1中的光路系统的连接示意图；

图2是本发明实施例1中的光路系统原理图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例提供一种用于单颗粒物前后向散射及退偏比测量的光路系统，如图1所示，包括入射光准直去偏模块(1)，激光校准检测模块(2)，单颗粒物散射模块(3)，后向偏振光检测模块(4)，前向散射光测量模块(5)以及分光透镜，

所述入射光准直去偏模块(1)，所述分光透镜，所述单颗粒物散射模块(3)和所述前向散射光测量模块(5)顺次安装，所述激光校准检测模块(2)和所述后向偏振光检测模块(4)相对设置在所述分光透镜的对立面。

所述入射光准直去偏模块(1)用于产生线性偏振激光，并将激光发射给所述分光透镜；

所述分光透镜将接收到的线性偏振激光分别发射到所述单颗粒物散射模块(3)和所述激光校准检测模块(2)；

所述单颗粒物散射模块(3)将接收到的激光进行散射，散射后的光线分别进入所述前向散射光测量模块(5)和所述后向偏振光检测模块(4)；

所述激光校准检测模块(2)用于持续测量激光光源的强度；

所述后向偏振光检测模块(4)接收经分光透镜折射的后向散射光分成s偏振光和p偏振光，用于计算后向散射光的退偏比；

所述前向散射光测量模块接收前向散射光并进行光照强度的计算，从而计算出单颗粒物的粒径。

本实施例中所述前向散射光为散射后前向±11度视野夹角内的所有光信号；所述后向散射光为后向±169度视野夹角内的所有光信号。

本实施例中的所述入射光准直去偏模块(1)包括50mw的绿光激光器和偏振片，所述偏振片设置在所述绿光激光器的后方，以将产生的激光形成线性偏振激光进入所述后向偏振光检测模块(4)。所述偏振片的前后设置有相对设置的平凸透镜，分别为第一平凸透镜和第二平凸透镜；所述第二平凸透镜和分光透镜之间设置有第三平凸透镜。

本实施例中所述激光校准检测模块(2)包括第四平凸透镜和第一光电倍增管，所述第四平凸透镜设置在所述第一光电倍增管透镜和所述分光透镜之间。

本实施例中所述单颗粒物散射模块(3)包括柱透镜和气溶胶粒子束，所述气溶胶粒子束对进入的激光进行散射。

本实施例中所述后向偏振光检测模块(4)包括偏光分光器(pbs)、第二光电倍增管、第三光电倍增管、第五平凸透镜和第六平凸透镜，所述第五平凸透镜设置在所述第二光电倍增管和所述偏光分光器之间，所述第六平凸透镜设置在第三光电倍增管和所述偏光分光器之间，且两组光电倍增管沿垂直方向设置。

本实施例中所述前向散射光测量模块(5)包括第四光电倍增管、第七平凸透镜和第八平凸透镜，所述第七平凸透镜和所述第八平凸透镜相对设置在所述第四光电倍增管与气溶胶粒子束之间。

本实施例中还包括一个所述废光处理模块(6)包括一个耗散腔和平面镜，所述平面镜安装在第七平凸透镜和第八平凸透镜之间，所述平面镜将多余的光源发出的光线反射到所述耗散腔内，避免引起测量误差。

本光路系统的测量原理如下：

a)首先使用50mw的绿光激光器产生发散的激光光束。

b)第一平凸透镜对发散的激光光束进行汇聚，然后经过偏振片将激光光束处理成线偏振光。

c)线偏振光再经过第二平凸透镜和第三平凸透镜形成平行的线偏振光然后进入分光透镜(bs)，分光透镜使得50％的线偏振光沿直线通过，进入单颗粒物散射模块(3)；其余50％的线偏振光经分光透镜反射后进入激光校准检测模块(2)测量光强，从而持续测量激光光源强度。

d)进入单颗粒散射模块的光线，与垂直向下进入的气溶胶粒子束进行交汇，所述气溶胶粒子束对光线进行散射，此时散射光分为前向(朝向第七平凸透镜方向)±11度和后向(朝向分光透镜方向)±169度视野夹角的散射光。

e)由颗粒物引起的前向散射光(前向±11度的散射光)进入前向散射光测量模块(5)进行强度的测量，用于计算颗粒物粒径；

f)后向散射光(后向±169度的散射光)往后传递，然后经过柱透镜和分光透镜的反射进入后向偏振光检测模块(4)，后向偏振光检测模块的偏光分光器将后向散射光分成p信号和s信号，且分别通过第二光电倍增管和第三光电倍增管进行测量，用于计算后向散射光的退偏比。

g)在经过气溶胶粒子束散射之后会产生多余的光源光束，为了减少误差，在在第七平凸透镜和第八平凸透镜之间安装一个平面镜，所述平面镜将多余的光源发出的光线反射到所述耗散腔内。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种用于监测单颗粒物前后向散射及退偏比测量的光路系统，通过建立合理准直透镜和聚光透镜的组合，合理设计光路系统，该光路系统结构简单，稳定性强，适合广泛应用于监测站的污染物监测，从而极大提高了大气污染物理化性质的探测水平。相对于传统的激光雷达监测，避免了雷达盲区，获得的污染物性质更加精确，促进对污染物理化性质的更深认识。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。