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摘要：文章主要就DoAs系统灯谱测量与一些常见问题进行分析。
关键词：DoAs自动监测仪问题
中图分类号：X85 文献标识码：A 文章编号：
LGH-01A型长光程（DoAs）空气质量自动监测仪是用于监测大气中各种污染物含量的专用仪器，它通过检测大气的吸收光谱来确定污染物的浓度。
气体分子具有各自的特征吸收截面，气体在大气中的吸收服从比尔定律：
I（λ）=I0（λ）exp﹛-Lσ（λ）C﹜
其中I0（λ）是光源发出的起始光强，I（λ）是经过L距离传输后的光强，σ（λ）是气体的吸收截面，C是测量气体的浓度，起始光强、经过L距离传输后的光强、某种特定气体的吸收截面是已知的或经过测定后可以得出，测量气体的浓度C就可以从上述已知条件中测量并计算：
C=In﹛I0（λ）/I（λ）﹜/ Lσ（λ）
由氙灯光源产生光辐射，其光强便是光源发出的起始光强I（λ），是已知的。通过望远镜系统准直传输到大气路径，在另一端安装一个角反射镜将其反射回来，进入望远镜接受通道口而聚焦在光纤的入射窗，光纤把光导入光谱仪，出射约20nm的谱宽。通过扫描装置，扫描一个光谱带，光电探测器将光学信号转化为电信号，再由插在計算机ISA槽的AD卡进行数字化，通过计算机进行进一步的处理。
通过处理经过大气路径的辐射光谱与灯的光谱，每个气体都有自己的特征吸收光谱，对其差异进行分析处理，就可以确定吸收气体及气体浓度。
光源（氙灯及其电源）、测量设备（光谱仪、扫描装置和PMT及其电源和控制）、系统数据记录与处理（ADC与计算机），所有部件都接在220V电网中。如下图所示。
DOAS系统灯谱测量是很重要的一部分，是保证自动监测结果准确可靠的前提条件。上面已将DOAS系统光学结构、电学结构及其原理作了一下简单的介绍，光源发出的起始光强通过望远镜系统准直传输到大气路径，在另一端安装一个角反射镜将其反射回来，因此在灯谱测量之前需要做一下光路对准。首先将光路打向外灯，测量次数改为15，点击开始采集按钮，将望远镜底座前端和左侧固定板手松开，采用射击瞄准法将望远镜对准角反射镜。
对于角反射镜距离比较远时，可在DOAS系统望远镜筒上加装一小型望远镜来帮助对准光路。对准后会看到角反射镜的反光，这时将望远镜底座前端和左侧固定板手固定，调整望远镜底座右下方的微调旋钮，将光信号调强。
光路对准后还需要进行波长校准。波长校准包括两个步骤：即标准位置、偏移步数校准和汞灯标定，前者是粗略调整，而后者是精确到两位小数的精细调整。鼠标点击“波长校准”按纽，将出现蓝色信息框指示当前正在校准波长；待波长校准结束，通过光栅位置计数器看软件指示值与实际位置相一致。若存在误差，按如下方法调整：假设光谱仪的偏移步数分辨率为δ＝0.05nm，标准位置为λ1＝175，偏移位置为N＝12，光栅实际位置为λ2＝302.8nm，软件指示值为λ3＝300nm，则相差Δλ＝302.8－300＝2.8nm。1）计算偏移位置：n＝N×δ＋Δλ（取小数部分）＝12×0.05＋0.8＝1.4nm，偏移位置为n（取小数部分）/δ＝0.4/0.05＝8；2）计算标准位置：λ1＋Δλ（整数部分）＋n（整数部分）＝175＋2＋1＝178。同理，如果光栅实际位置为295.1nm，其它条件不变，则Δλ＝295.1－300＝－4.9nm。1)计算偏移位置：n＝N×δ＋Δλ（取小数部分）＝12×0.05＋（－0.9）＝－0.3nm＝（－1＋0.7）nm，偏移位置为n（取小数部分）/δ＝0.7/0.05＝14；2）计算标准位置：λ1＋Δλ（整数部分）＋n（整数部分）＝175＋（－4）＋（－1）＝170。
调整结束后，再执行一次波长校准，待波长校准结束，点击存储设置按钮将“标准位置”、“偏移步数”参数保存。
汞灯标定属于DOAS系统的定标部分。汞灯的特征谱有三个峰：第一处第二处分别为296.73和302.15,另外相距10个nm后有一个更高的双峰，位置在312nm处。本系统主要利用前二个峰来进行标定。具体步骤如下：调整光栅位置为295nm，中心波长为295nm，点击波长校准，调整滤光片位置为3；改测量次数为15次，点击开始采集按钮，打开汞灯，并将光纤对准汞灯；调节Y轴终点至1处，再调节圆盘驱动器小菜单中的高压至合适处；按下自动标定按钮，数据采集里的平均次数将自动改为200次，此时至标定结束不可再作任何参数修改。标定结束后，看测量系统的标定系数和最佳延时间是否在合适的参数范围内，一般要求系数在4.7左右(Ⅱ型、Ⅲ型光谱仪)或3左右（Ⅰ型光谱仪）；延时时间要求在1500到3500之间，为了给系统留有调整余地，要求在调试时使延时时间在2000左右，如果延时不在2000左右，必须调整光栅位置，再重复自动标定工作，使参数满足要求，同时将光栅标准位置值更改并保存参数标定结束后点击存储设置按钮，并锁定关键参数。
汞灯标定需耐心和细心操作，可适当改动偏移步数来调整峰位置。汞灯特征谱形状大小可通过高压和Y轴控制的终点来调节，标定结束后要返回原位。由于软件设计原因，在输入各类数据后要点击回车键。
测量灯谱首先需调整光斑至光纤圆孔中间，得到一理想的外灯信号，再打向内灯，测量SO2灯谱。中心波长298nm，目前光栅位置298 nm，滤光片位置3，平均次数为15，点击开始采集按钮，调高压值，使计算机上显示的灯谱位置在1V处，在参数设置中保存此时高压值；采样方式改为单次，平均次数改为15000，重新点击开始采集按钮（此举可防止上次残留，以得到较为平滑的灯谱曲线）。点击保存按纽，在系统默认或自己设定的文件夹中予以保存。然后调整中心波长427nm，目前光栅位置427nm，滤光片位置为5，以相同步骤测NO2灯谱。SO2灯谱和NO2灯谱都测完后，在参数设置菜单监测设置中依次添加进去。
在大雾、暴雨等天气，会影响DOAS系统的运行，系统会经常显示光强太弱，这属于正常现象。有时会出现 “波长所包含的点数不同”、“灯谱有正有负，无法计算”等系统提示，这是因为光路偏移的原因造成外灯信号与内灯信号差距过大引起的，此时应重新对准光路并测量灯谱，并注意内灯信号的灯谱位置按上述要求进行，不能过大。在实际操作中有可能会出现无论怎么调整光路，外灯、内灯信号全为零的情况，此时应在内外灯转换时观察望远镜下方平台电机的工作情况，如平台电机没有反应，光挡板不动，则是因为系统运行出现紊乱，可将控制器重新开启，子站计算机重启问题便可解决。如平台电机工作正常，将滤光片位置调为零（此时光不通过滤光片而直接进入通道），检查信号情况，信号正常了则是滤光片问题，需请厂家检查更换；信号依旧不行，那是光电倍增管损坏了，需更换光电倍增管。
关键词：DoAs自动监测仪问题
中图分类号：X85 文献标识码：A 文章编号：
LGH-01A型长光程（DoAs）空气质量自动监测仪是用于监测大气中各种污染物含量的专用仪器，它通过检测大气的吸收光谱来确定污染物的浓度。
气体分子具有各自的特征吸收截面，气体在大气中的吸收服从比尔定律：
I（λ）=I0（λ）exp﹛-Lσ（λ）C﹜
其中I0（λ）是光源发出的起始光强，I（λ）是经过L距离传输后的光强，σ（λ）是气体的吸收截面，C是测量气体的浓度，起始光强、经过L距离传输后的光强、某种特定气体的吸收截面是已知的或经过测定后可以得出，测量气体的浓度C就可以从上述已知条件中测量并计算：
C=In﹛I0（λ）/I（λ）﹜/ Lσ（λ）
由氙灯光源产生光辐射，其光强便是光源发出的起始光强I（λ），是已知的。通过望远镜系统准直传输到大气路径，在另一端安装一个角反射镜将其反射回来，进入望远镜接受通道口而聚焦在光纤的入射窗，光纤把光导入光谱仪，出射约20nm的谱宽。通过扫描装置，扫描一个光谱带，光电探测器将光学信号转化为电信号，再由插在計算机ISA槽的AD卡进行数字化，通过计算机进行进一步的处理。
通过处理经过大气路径的辐射光谱与灯的光谱，每个气体都有自己的特征吸收光谱，对其差异进行分析处理，就可以确定吸收气体及气体浓度。
光源（氙灯及其电源）、测量设备（光谱仪、扫描装置和PMT及其电源和控制）、系统数据记录与处理（ADC与计算机），所有部件都接在220V电网中。如下图所示。
DOAS系统灯谱测量是很重要的一部分，是保证自动监测结果准确可靠的前提条件。上面已将DOAS系统光学结构、电学结构及其原理作了一下简单的介绍，光源发出的起始光强通过望远镜系统准直传输到大气路径，在另一端安装一个角反射镜将其反射回来，因此在灯谱测量之前需要做一下光路对准。首先将光路打向外灯，测量次数改为15，点击开始采集按钮，将望远镜底座前端和左侧固定板手松开，采用射击瞄准法将望远镜对准角反射镜。
对于角反射镜距离比较远时，可在DOAS系统望远镜筒上加装一小型望远镜来帮助对准光路。对准后会看到角反射镜的反光，这时将望远镜底座前端和左侧固定板手固定，调整望远镜底座右下方的微调旋钮，将光信号调强。
光路对准后还需要进行波长校准。波长校准包括两个步骤：即标准位置、偏移步数校准和汞灯标定，前者是粗略调整，而后者是精确到两位小数的精细调整。鼠标点击“波长校准”按纽，将出现蓝色信息框指示当前正在校准波长；待波长校准结束，通过光栅位置计数器看软件指示值与实际位置相一致。若存在误差，按如下方法调整：假设光谱仪的偏移步数分辨率为δ＝0.05nm，标准位置为λ1＝175，偏移位置为N＝12，光栅实际位置为λ2＝302.8nm，软件指示值为λ3＝300nm，则相差Δλ＝302.8－300＝2.8nm。1）计算偏移位置：n＝N×δ＋Δλ（取小数部分）＝12×0.05＋0.8＝1.4nm，偏移位置为n（取小数部分）/δ＝0.4/0.05＝8；2）计算标准位置：λ1＋Δλ（整数部分）＋n（整数部分）＝175＋2＋1＝178。同理，如果光栅实际位置为295.1nm，其它条件不变，则Δλ＝295.1－300＝－4.9nm。1)计算偏移位置：n＝N×δ＋Δλ（取小数部分）＝12×0.05＋（－0.9）＝－0.3nm＝（－1＋0.7）nm，偏移位置为n（取小数部分）/δ＝0.7/0.05＝14；2）计算标准位置：λ1＋Δλ（整数部分）＋n（整数部分）＝175＋（－4）＋（－1）＝170。
调整结束后，再执行一次波长校准，待波长校准结束，点击存储设置按钮将“标准位置”、“偏移步数”参数保存。
汞灯标定属于DOAS系统的定标部分。汞灯的特征谱有三个峰：第一处第二处分别为296.73和302.15,另外相距10个nm后有一个更高的双峰，位置在312nm处。本系统主要利用前二个峰来进行标定。具体步骤如下：调整光栅位置为295nm，中心波长为295nm，点击波长校准，调整滤光片位置为3；改测量次数为15次，点击开始采集按钮，打开汞灯，并将光纤对准汞灯；调节Y轴终点至1处，再调节圆盘驱动器小菜单中的高压至合适处；按下自动标定按钮，数据采集里的平均次数将自动改为200次，此时至标定结束不可再作任何参数修改。标定结束后，看测量系统的标定系数和最佳延时间是否在合适的参数范围内，一般要求系数在4.7左右(Ⅱ型、Ⅲ型光谱仪)或3左右（Ⅰ型光谱仪）；延时时间要求在1500到3500之间，为了给系统留有调整余地，要求在调试时使延时时间在2000左右，如果延时不在2000左右，必须调整光栅位置，再重复自动标定工作，使参数满足要求，同时将光栅标准位置值更改并保存参数标定结束后点击存储设置按钮，并锁定关键参数。
汞灯标定需耐心和细心操作，可适当改动偏移步数来调整峰位置。汞灯特征谱形状大小可通过高压和Y轴控制的终点来调节，标定结束后要返回原位。由于软件设计原因，在输入各类数据后要点击回车键。
测量灯谱首先需调整光斑至光纤圆孔中间，得到一理想的外灯信号，再打向内灯，测量SO2灯谱。中心波长298nm，目前光栅位置298 nm，滤光片位置3，平均次数为15，点击开始采集按钮，调高压值，使计算机上显示的灯谱位置在1V处，在参数设置中保存此时高压值；采样方式改为单次，平均次数改为15000，重新点击开始采集按钮（此举可防止上次残留，以得到较为平滑的灯谱曲线）。点击保存按纽，在系统默认或自己设定的文件夹中予以保存。然后调整中心波长427nm，目前光栅位置427nm，滤光片位置为5，以相同步骤测NO2灯谱。SO2灯谱和NO2灯谱都测完后，在参数设置菜单监测设置中依次添加进去。
在大雾、暴雨等天气，会影响DOAS系统的运行，系统会经常显示光强太弱，这属于正常现象。有时会出现 “波长所包含的点数不同”、“灯谱有正有负，无法计算”等系统提示，这是因为光路偏移的原因造成外灯信号与内灯信号差距过大引起的，此时应重新对准光路并测量灯谱，并注意内灯信号的灯谱位置按上述要求进行，不能过大。在实际操作中有可能会出现无论怎么调整光路，外灯、内灯信号全为零的情况，此时应在内外灯转换时观察望远镜下方平台电机的工作情况，如平台电机没有反应，光挡板不动，则是因为系统运行出现紊乱，可将控制器重新开启，子站计算机重启问题便可解决。如平台电机工作正常，将滤光片位置调为零（此时光不通过滤光片而直接进入通道），检查信号情况，信号正常了则是滤光片问题，需请厂家检查更换；信号依旧不行，那是光电倍增管损坏了，需更换光电倍增管。