CN103424749B - 一种全光纤激光雷达能见度仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全光纤激光雷达能见度仪，所述激光器的出口处设置有耦合透镜，所述耦合透镜的焦点处设置Y型收发一体式光纤束的发射端，Y型收发一体式光纤束的公共端位于望远镜主镜的焦点处，Y型收发一体式光纤束的接收端连接所述光电探测器，所述信号采集及控制模块连接所述光电探测器。本发明提供的全光纤激光雷达能见度仪，体积小、重量轻、结构更加紧凑，Y型收发一体式光纤束结构消除了几何重叠因子影响，且利于仪器的调整和安装。

Description

一种全光纤激光雷达能见度仪
技术领域
本发明涉及见度仪技术领域，特别涉及一种全光纤激光雷达能见度仪。
背景技术
能见度是反映大气混浊程度一个重要参数，具体表现为目标物的能见距离，即观测目标物时，能从背景中分辨出目标物的最大距离。作为测量能见度信息的仪器，能见度仪被广泛应用于气象、交通、环境监测等领域。
目前的能见度仪多为透射式和前向散射式，其体积较大，安装过程复杂，只能获取水平方向能见度，在出现不均匀的雾、局地的雨或雪暴的情况下，仪器的读数极易出现误导。且其测量采样空间小，只能反映小区域能见度信息，对团雾等严重影响交通安全的天气现象无法做出准确、及时的反映。
发明内容
本发明提供一种全光纤激光雷达能见度仪，体积小、重量轻、结构更加紧凑，消除了几何重叠因子影响，且利于仪器的调整和安装。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种全光纤激光雷达能见度仪，其包括：包括激光器、望远镜、光电探测器、信号采集及控制模块、电源和Y型收发一体式光纤束，其中：
所述激光器的出口处设置有耦合透镜，所述耦合透镜的焦点处设置Y型收发一体式光纤束的发射端，Y型收发一体式光纤束的公共端位于望远镜主镜的焦点处，Y型收发一体式光纤束的接收端连接所述光电探测器，所述信号采集及控制模块连接所述光电探测器；
激光器的激光束经所述耦合透镜进入Y型收发一体式光纤束，所述激光束从Y型收发一体式光纤束公共端射出，并通过望远镜射入大气；
所述激光束从大气返回的大气回波信号经望远镜主镜聚焦后再次进入Y型收发一体式光纤束的公共端，并传导至Y型收发一体式光纤束接收端耦合进光电探测器，所述光电探测器将光信号转换为电检测信号；
所述信号采集及控制模块包括单光子计数卡、门控装置和嵌入式计算机，所述单光子计数卡用于对所述电检测信号的进行数字计数，所述门控装置根据设定的时间控制光电探测器、激光器和光电计数卡的启动和关闭，所述嵌入式计算机接收所述计数结果，并根据所述计数结果完成数据处理过程；
所述电源为所述激光器、光电探测器和信号采集及控制模块提供电源。
优选地，所述激光器为二极管泵浦固体激光器，发射波长为532nm。
优选地，所述Y型收发一体式光纤束的公共端中心为发射光纤纤芯，外围为接收光纤纤芯，所述发射光纤数值孔径及纤芯芯径均小于接收光纤。
优选地，所述Y型收发一体式光纤束的公共端位于望远镜光轴上。
优选地，所述光电探测器为基于脉冲甄别的单光子光电探测器。
通过实施以上技术方案，具有以下技术效果：本发明提供的全光纤激光雷达能见度仪，体积小、重量轻、结构更加紧凑，Y型收发一体式光纤束结构消除了几何重叠因子影响，且利于仪器的调整和安装。
附图说明
图1为本发明实施例提供的全光纤激光雷达能见度仪结构示意图；
图2为本发明实施例提供的Y型收发一体式光纤束示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例。
本发明实施例提供一种全光纤激光雷达能见度仪，如图1和图2所示，其包括：包括激光器1、望远镜4、光电探测器5、信号采集及控制模块6、电源7和Y型收发一体式光纤束3，其中：
所述激光器1的出口处设置有耦合透镜2，所述耦合透镜2的焦点处设置Y型收发一体式光纤束3的发射端301，Y型收发一体式光纤束3的公共端302位于望远镜4主镜的焦点处，Y型收发一体式光纤束3的接收端303连接所述光电探测器5，所述信号采集及控制模块6连接所述光电探测器5；
激光器1的激光束经所述耦合透镜2进入Y型收发一体式光纤束3，所述激光束从Y型收发一体式光纤束3的公共端射出，并通过望远镜4射入大气；
所述激光束从大气返回的大气回波信号经望远镜4的主镜聚焦后再次进入Y型收发一体式光纤束3的公共端302，并传导至Y型收发一体式光纤束3的接收端303耦合进光电探测器5，所述光电探测器5将光信号转换为电检测信号；
所述信号采集及控制模块6包括单光子计数卡601、门控装置602和嵌入式计算机603，所述单光子计数卡601用于对所述电检测信号的进行数字计数，所述门控装置602根据设定的时间控制光电探测器5、激光器1和单光电计数卡601的启动和关闭，所述嵌入式计算机603接收所述单光子计数卡601的计数结果，并根据所述计数结果完成数据处理过程；
所述电源7为所述激光器1、光电探测器5和信号采集及控制模块6提供电源。
在上述实施例中，优选地，所述激光器为二极管泵浦固体激光器，发射波长为532nm。
在上述实施例中，优选地，所述Y型收发一体式光纤束公共端中心为发射光纤纤芯，外围为接收光纤纤芯，所述发射光纤数值孔径及纤芯芯径均小于接收光纤。
在上述实施例中，优选地，所述Y型收发一体式光纤束的公共端位于望远镜光轴上。
在上述实施例中，优选地，所述光电探测器为基于脉冲甄别的单光子光电探测器。
如图2所示，Y型收发一体式光纤束3，包括：发射端301、公共端302、接收端303，其中：
所述发射端301，纤芯芯径为10μm，数值孔径为0.11；所述公共端302中心为发射光纤纤芯，芯径为10μm，数值孔径为0.11，外围为6束等圆周分布的接收光纤纤芯，芯径为40μm，数值孔径为0.22，其中心轴与发射光纤纤芯中心轴重合；所述接收端303为6束等圆周分布接收光纤纤芯，芯径为40μm，数值孔径为0.22。
测量开始，激光器1的出射光束经耦合透镜2进入发射端301纤芯，从公共端302中心的发射光纤纤芯出射，由望远镜4主镜聚焦后射入大气，包含有能见度信息的大气回波再次进入望远镜4，光束被耦合进公共端302外围的6个接收光纤纤芯，传输至接收端303，并由光电探测器5将光信号转换为电检测信号，最终通过信号采集及控制模块6完成整个数据处理过程。
上述实施例提供的激光能见度仪收发同轴光学系统结构简单，机械加工精度要求不高，成本低；通过光纤直接连接外部器件，无需进行外部光路调整，极易进行安装；该系统有效解决了非同轴激光雷达能见度仪受几何重叠因子影响的不足，并避免了发射与接收光路调平问题。其引入可使激光雷达能见度仪体积减小、重量降低、结构更加紧凑。
以上对本发明实施例所提供的一种全光纤激光雷达能见度仪进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种全光纤激光雷达能见度仪，其特征在于，包括：激光器、望远镜、光电探测器、信号采集及控制模块、电源和Y型收发一体式光纤束，其中：
所述激光器的出口处设置有耦合透镜，所述耦合透镜的焦点处设置Y型收发一体式光纤束的发射端，Y型收发一体式光纤束的公共端位于望远镜主镜的焦点处，Y型收发一体式光纤束的接收端连接所述光电探测器，所述信号采集及控制模块连接所述光电探测器；
激光器的激光束经所述耦合透镜进入Y型收发一体式光纤束，所述激光束从Y型收发一体式光纤束公共端射出，并通过望远镜射入大气；
所述激光束从大气返回的大气回波信号经望远镜主镜聚焦后再次进入Y型收发一体式光纤束的公共端，并传导至Y型收发一体式光纤束接收端耦合进光电探测器，所述光电探测器将光信号转换为电检测信号；
所述信号采集及控制模块包括单光子计数卡、门控装置和嵌入式计算机，所述单光子计数卡用于对所述电检测信号的进行数字计数，所述门控装置根据设定的时间控制光电探测器、激光器和单光电计数卡的启动和关闭，所述嵌入式计算机接收所述计数结果，并根据所述计数结果完成数据处理过程；
所述电源为所述激光器、光电探测器和信号采集及控制模块提供电源。
2.如权利要求1所述全光纤激光雷达能见度仪，其特征在于，所述激光器为二极管泵浦固体激光器，发射波长为532nm。
3.如权利要求1所述全光纤激光雷达能见度仪，其特征在于，所述Y型收发一体式光纤束的公共端中心为发射光纤纤芯，外围为接收光纤纤芯，所述发射光纤数值孔径及纤芯芯径均小于接收光纤。
4.如权利要求1所述全光纤激光雷达能见度仪，其特征在于，所述Y型收发一体式光纤束的公共端位于望远镜光轴上。
5.如权利要求1所述全光纤激光雷达能见度仪，其特征在于，所述光电探测器为基于脉冲甄别的单光子光电探测器。
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