CN101493406A - 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置 - Google Patents

基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101493406A
CN101493406A CNA2008101950133A CN200810195013A CN101493406A CN 101493406 A CN101493406 A CN 101493406A CN A2008101950133 A CNA2008101950133 A CN A2008101950133A CN 200810195013 A CN200810195013 A CN 200810195013A CN 101493406 A CN101493406 A CN 101493406A
Authority
CN
China
Prior art keywords
input end
output terminal
carbon dioxide
light source
detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101950133A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101493406B (zh
Inventor
胡以华
雷武虎
赵楠翔
郝士琦
蔡晓春
顾有林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ELECTRONIC ENGINEERING COLLEGE PLA
Original Assignee
ELECTRONIC ENGINEERING COLLEGE PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ELECTRONIC ENGINEERING COLLEGE PLA filed Critical ELECTRONIC ENGINEERING COLLEGE PLA
Priority to CN2008101950133A priority Critical patent/CN101493406B/zh
Publication of CN101493406A publication Critical patent/CN101493406A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101493406B publication Critical patent/CN101493406B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，On、Off光源激光器的输出端通过气体池与探测器、控制器、光源激光器、频移器、调制器、发射光学系统、接收光学系统、滤波器、混频探测器、滤波放大采样电路、系统控制及二氧化碳数据反演处理装置相连接，本发明的目的是提供一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，可以实现对远距离二氧化碳气体浓度的高精度快速检测。

Description

基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置
技术领域
本发明涉及一种探测大气的激光雷达装置，尤其涉及基于差分吸收原理远距离探测二氧化碳空间浓度分布的相干激光探测装置。
背景技术
大气中的CO2与人类生活息息相关，普遍得到环境学者的关注和研究。CO2与生物圈是如何相互影响的(得到量化的信息，哪些地方是源，哪些地方是汇)，自然界C元素循环机制怎样等等，对CO2的许多方面至今尚不很清楚。关于CO2时空分布的知识及其变化原因的理解，对预测将来CO2水平及其对温度变化的影响也是必需。大气CO2浓度的探测十分重要，是弄清这些问题的重要前提。
激光雷达特别适用于对大气的探测。这是因为激光束的许多优异性能几乎都可以在大气探测激光雷达中的充分利用。激光的高亮度、高准直度和短脉冲特性，使得大气探测激光雷达具有很高的探测灵敏度和空间分辨能力；激光可以遥测大气的时空分布，这不仅有助于详细了解大气中各种气体成分的实况，而且对研究大气的扩散规律也很有价值。目前，激光对二氧化碳的远距离遥测主要采用Raman散射原理。Raman散射雷达具有激光波长无严格选择、系统结构相对简单的优点，但探测灵敏度较低，不能快速掌握大气中二氧化碳的时空分布及变化情况。
发明内容
本发明的目的是提供基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置，可以实现对远距离二氧化碳气体浓度的高精度快速检测。
本发明是通过以下技术方案实现的：
基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置，On光源激光器的输出端通过气体池A与探测器A的输入端连接，探测器A输出端与控制器A输入端连接，控制器A输出端与On光源激光器输入端连接；On光源激光器输出端与频移器输入端连接、频移器输出端与调制器输入端连接，调制器输出端与发射光学系统输入端连接；接收光学系统输出端与滤波器A输入端连接，滤波器A输出端与混频探测器A输入端连接，On光源激光器输出端与混频探测器A输入端连接；混频探测器A输出端与滤波放大采样电路输入端连接，滤波放大采样电路输出端与用以发射系统控制指令，完成空间扫描和相关数据收集，并对差分吸收回波数据进行处理得到二氧化碳空间浓度分布信息的系统控制及二氧化碳数据反演处理装置的输入端连接；扫描驱动装置的输出端分别与发射光学系统和接收光学系统输入端连接。
一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述装置中还设有Off光源激光器，Off光源激光器的输出端通过气体池B与探测器B的输入端连接，探测器B输出端与控制器B输入端连接，控制器B输出端与Off光源激光器输入端连接；所述On光源激光器和Off光源激光器的输出端通过波分复用器与所述频移器输入端连接；所述接收光学系统与滤波器之间设有分波器；分波器的输出端与滤波器B的输入端连接；滤波器B的输出端与混频探测器B输入端连接；混频探测器B输出端与所述滤波放大采样电路输入端连接；Off光源激光器输出端与混频探测器B输入端连接。
一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述频移器为声光频移器或电光频移器。
一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述调制器为声光调制器或机械调制器。
一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述滤波器为光纤滤波器或滤波片。
一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述频移器具体为声光频移器。
一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述调制器具体为声光调制器。
一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，所述滤波器A和滤波器B为光纤滤波器A和光纤滤波器B；光纤滤波器A和光纤滤波器B的输出端分别与混频探测器A和混频探测器B的输入端相连接。
本发明基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置利用差分吸收原理，通过产生特定的激光波长实现对二氧化碳吸收光谱进行探测，从而实现对二氧化碳浓度的远距离高灵敏度探测。基于相干检测技术可进一步提高探测装置的灵敏度。可以实现对远距离二氧化碳时空分布的快速检测。
本发明与现有技术相比，其显著的优点是：1)解决了对二氧化碳气体浓度的远距离探测问题；2)作为一种主动探测方式，较少受环境、气候的影响，可以全天候工作；3)采用差分吸收探测技术，提高了对二氧化碳浓度的探测精度和灵敏度；4)采用相干探测技术，提高了探测信噪比，克服了背景光的不利影响；5)通过大范围时空扫描和回波数据反演技术，可以对大范围的二氧化碳浓度的时空分布变化进行快速检测；6)装置采用全固态激光器和光纤连接方式，体积与能耗较小，安装和操作简便，具有应用方便灵活的优点。
附图说明
图1为实施例1本装置结构框图。
图2为实施例2本装置结构框图。
具体实施方式
实施例1
参见图1所示，本发明基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置是一种适合于远距离大范围二氧化碳浓度时空分布激光探测装置置。本发明由高精度波长控制系统、声光调制系统、激光发射接收扫描系统、激光回波相干探测系统、系统控制和二氧化碳浓度数据反演系统构成，即On光源激光器1通过气体池A 2与探测器A 3连接，探测器A 3与控制器A 4连接，控制器A 4与On光源激光器1连接。Off光源激光器5通过气体池B 6与探测器B 7连接，探测器B 7与控制器B 8连接，控制器B 8与Off光源激光器5连接。On光源激光器1和Off光源激光器5通过波分复用器9、声光频移器10、声光调制器21与发射光学系统11连接。接收光学系统13通过分波器14分别与光纤滤波器A 15、光纤滤波器B 16连接。光纤滤波器A 15、Off光源激光器5与混频探测器A 17连接，光纤滤波器B 16、On光源激光器1与混频探测器B 18连接。混频探测器A 17、混频探测器B 18与滤波放大采样电路19连接，滤波放大采样电路19与系统控制及二氧化碳数据反演装置20连接。扫描驱动装置12与发射光学系统11、接收光学系统13连接。
具体而言，由On光源激光器1发生On激光，激光通过CO2气体池A 2后被探测器A 3接收，控制器A 4通过检测探测器A 3的信号反馈产生控制电压对On光源激光器1进行高精度波长控制，将On光源激光器1的输出激光波长控制在CO2的吸收峰内。，由Off光源激光器5发生Off激光，激光通过CO2气体池B 6后被探测器B 7接收，控制器B 8通过检测探测器B 7的信号反馈产生控制电压对Off光源激光器5进行高精度波长控制，将Off光源激光器5的输出Off激光波长控制在CO2的吸收峰外侧。On光源激光器1、Off光源激光器5的主分光通过波分复用器9复用到同一光路中，通过声光频移器21产生对出射激光频率进行移频，再通过声光调制器10将其变换成脉冲激光，通过发射光学系统11出射。由扫描驱动装置12驱动发射光学系统11和接收光学系统13对给定区域范围内的二氧化碳浓度时空分布进行探测。
On激光和Off激光在大气中传播，由于处于不同的CO2吸收谱线位置而产生不同的吸收效应，其大气回波通过接收光学系统13接收后，被分波器14分成On回波和Off回波信号。Off回波信号通过光纤滤波器A 15滤除背景光后，与Off光源激光器5引出的种子光同时进入混频探测器A 17进行相干混频探测，相干探测信号进入滤波放大采样电路19进行信号的滤波、放大和采样，得到沿探测路径的二氧化碳Off光回波数据。On回波信号通过光纤滤波器B 16滤除背景光后，与On光源激光器1引出的种子光同时进入混频探测器B 18进行相干混频探测，相干探测信号进入滤波放大采样电路19进行信号的滤波、放大和采样，得到沿探测路径的二氧化碳On光回波数据。
采样得到的二氧化碳On、Off回波数据被送入系统控制和二氧化碳数据反演处理系统20进行处理。利用差分吸收原理，对扫描区域内各扫描段、各探测时刻以及探测路径上的各点二氧化碳浓度数据进行解算，最终得到二氧化碳浓度的时空分布数据。
实施例2
参见附图2所示，本发明基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置是一种适合于远距离大范围二氧化碳浓度时空分布激光探测装置置。本发明由高精度波长控制系统、声光调制系统、激光发射接收扫描系统、激光回波相干探测系统、系统控制和二氧化碳浓度数据反演系统构成，即On光源激光器1通过气体池A 2与探测器A 3连接，探测器A 3与控制器A 4连接，控制器A 4与On光源激光器1连接。On光源激光器1通过声光频移器10、声光调制器21与发射光学系统11连接。接收光学系统13与光纤滤波器B 16连接。光纤滤波器B 16与混频探测器B 18连接。混频探测器B 18与滤波放大采样电路19连接，滤波放大采样电路19与系统控制及二氧化碳数据反演装置20连接。扫描驱动装置12与发射光学系统11、接收光学系统13连接。
具体而言，由On光源激光器1发生激光，激光通过CO2气体池A 2后被探测器A 3接收，控制器A 4通过检测探测器A 3的信号反馈产生控制电压对On光源激光器1进行高精度波长控制，将On光源激光器1的输出激光波长交替控制在CO2的吸收峰内和吸收峰外侧。通过声光频移器10产生对出射激光频率进行移频，再通过声光调制器21将其变换成脉冲激光，通过发射光学系统11出射。由扫描驱动装置12驱动发射光学系统11和接收光学系统13对给定区域范围内的二氧化碳浓度时空分布进行探测。On激光在大气中传播，其大气回波通过接收光学系统13接收。回波光信号通过光纤滤波器B 18滤除背景光后，与On光源激光器1引出的种子光同时进入混频探测器B 18进行相干混频探测，相干探测信号进入滤波放大采样电路19进行信号的滤波、放大和采样，按照输出激光波长的调制时序关系分别得到沿探测路径的二氧化碳On光回波数据。采样得到的二氧化碳On回波数据被送入系统控制和二氧化碳数据反演处理系统20进行处理。利用差分吸收原理，对扫描区域内各扫描段、各探测时刻以及探测路径上的各点二氧化碳浓度数据进行解算，最终得到二氧化碳浓度的时空分布数据。
实施例3
激光器采用Off光源激光器5，其余同实施例2。

Claims (8)

1、一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于：On光源激光器的输出端通过气体池A与探测器A的输入端连接，探测器A输出端与控制器A输入端连接，控制器A输出端与On光源激光器输入端连接；On光源激光器输出端与频移器输入端连接、频移器输出端与调制器输入端连接，调制器输出端与发射光学系统输入端连接；接收光学系统输出端与滤波器A输入端连接，滤波器A输出端与混频探测器A输入端连接，On光源激光器输出端与混频探测器A输入端连接；混频探测器A输出端与滤波放大采样电路输入端连接，滤波放大采样电路输出端与用以发射系统控制指令，完成空间扫描和相关数据收集，并对差分吸收回波数据进行处理得到二氧化碳空间浓度分布信息的系统控制及二氧化碳数据反演处理装置的输入端连接；扫描驱动装置的输出端分别与发射光学系统和接收光学系统输入端连接。
2、根据权利要求1所述的一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述装置中设有Off光源激光器，Off光源激光器的输出端通过气体池B与探测器B的输入端连接，探测器B输出端与控制器B输入端连接，控制器B输出端与Off光源激光器输入端连接；所述On光源激光器和Off光源激光器的输出端通过波分复用器与所述频移器输入端连接；所述接收光学系统与滤波器之间设有分波器；分波器的输出端与滤波器B的输入端连接；滤波器B的输出端与混频探测器B输入端连接；混频探测器B输出端与所述滤波放大采样电路输入端连接；Off光源激光器输出端与混频探测器B输入端连接。
3、根据权利要求1或2所述的一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述频移器为声光频移器或电光频移器。
4、根据权利要求1或2所述的一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述调制器为声光调制器或机械调制器。
5、根据权利要求1或2所述的一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述滤波器为光纤滤波器或滤波片。
6、根据权利要求3所述的一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述频移器为声光频移器。
7、根据权利要求4所述的一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述调制器为声光调制器。
8、根据权利要求1所述的一种基于差分吸收的远距离二氧化碳相干激光探测装置，其特征在于所述滤波器A和滤波器B为光纤滤波器A和光纤滤波器B；光纤滤波器A和光纤滤波器B的输出端分别与混频探测器A和混频探测器B的输入端相连接。
CN2008101950133A 2008-11-04 2008-11-04 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置 Active CN101493406B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101950133A CN101493406B (zh) 2008-11-04 2008-11-04 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101950133A CN101493406B (zh) 2008-11-04 2008-11-04 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101493406A true CN101493406A (zh) 2009-07-29
CN101493406B CN101493406B (zh) 2011-07-20

Family

ID=40924109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101950133A Active CN101493406B (zh) 2008-11-04 2008-11-04 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101493406B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104570003A (zh) * 2014-06-12 2015-04-29 中国科学院上海技术物理研究所 一种探测大气二氧化碳浓度的激光雷达系统及方法
CN105510274A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 中国科学院光电研究院 机载激光大气co2柱浓度主动遥测系统
CN106556566A (zh) * 2015-09-29 2017-04-05 东莞前沿技术研究院 一种二氧化碳的监测方法、装置和系统
CN110749872A (zh) * 2018-07-23 2020-02-04 中国科学技术大学 一种相干差分吸收激光雷达与一种检测气体浓度的方法
CN112882062A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中国空间技术研究院 天基co2通量激光探测装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201311394Y (zh) * 2008-11-04 2009-09-16 中国人民解放军电子工程学院 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104570003A (zh) * 2014-06-12 2015-04-29 中国科学院上海技术物理研究所 一种探测大气二氧化碳浓度的激光雷达系统及方法
CN106556566A (zh) * 2015-09-29 2017-04-05 东莞前沿技术研究院 一种二氧化碳的监测方法、装置和系统
CN105510274A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 中国科学院光电研究院 机载激光大气co2柱浓度主动遥测系统
CN105510274B (zh) * 2015-11-30 2018-01-23 中国科学院光电研究院 机载激光大气co2柱浓度主动遥测系统
CN110749872A (zh) * 2018-07-23 2020-02-04 中国科学技术大学 一种相干差分吸收激光雷达与一种检测气体浓度的方法
CN112882062A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中国空间技术研究院 天基co2通量激光探测装置
CN112882062B (zh) * 2021-01-15 2022-12-02 中国空间技术研究院 天基co2通量激光探测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101493406B (zh) 2011-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106441580B (zh) 可变角度入射同时测透射和反射的太赫兹时域光谱仪
CN102564909B (zh) 激光自混合大气颗粒物多物理参数测量方法和装置
CN101819064A (zh) 常温常压飞秒cars时间分辨光谱测量系统
CN101493406B (zh) 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置
CN102749627B (zh) 一种全高程大气风场、温度和密度探测激光雷达
CN103823221A (zh) 脉冲激光相干测风雷达
CN103344614B (zh) 一种高精度大气透过率测量装置及测量方法
US20090236528A1 (en) Chemical sensing system and method
CN100590422C (zh) 水体污染激光诱导荧光遥测方法
CN100360957C (zh) 无人值守昼夜兼用便携式偏振-米散射激光雷达及其探测方法
CN101144729A (zh) 基于快速傅立叶变换的布里渊光时域反射测量方法
CN101545856A (zh) 煤矿采空区火灾光纤气体检测仪
CN204556499U (zh) 调谐二极管吸收光谱的多通道高速数据采集和处理系统
CN103837165A (zh) 基于布里渊激光器和自外差检测的布里渊时域分析系统
CN200996980Y (zh) 测量太赫兹时域光谱的设备
CN114637030A (zh) 一种双偏振接收的气体探测激光雷达及气体探测方法
CN108872148A (zh) 基于光纤传感的高精度空气中颗粒物浓度检测方法
CN201307088Y (zh) 光学非线性测量仪
CN102706845A (zh) 一种海洋细菌多样性荧光检测系统
CN201311394Y (zh) 基于差分吸收的大气二氧化碳远距离激光相干探测装置
CN101539520B (zh) 坐基式珊瑚礁初级生产力荧光检测系统
Liu et al. An USV-based laser fluorosensor for oil spill detection
CN101793659A (zh) 一种分布式光纤盐密传感器及传感方法
US8300229B2 (en) Chemical sensing with coherent detection of optical signal
CN115290599B (zh) 一种测量温室气体浓度的激光雷达系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant