CN103814886A

CN103814886A - 波长调谐光驱鸟器

Info

Publication number: CN103814886A
Application number: CN201410055741.XA
Authority: CN
Inventors: 郑义; 彭继迎; 苏鑫杨; 郑凯; 蒋文丽; 韩冰; 袁瑞霞; 杨慧; 务益杰
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: CN103814886B

Abstract

波长调谐光驱鸟器，它包括光源，光源驱动源，波长调谐控制系统，光学聚焦系统，光学准直扩束系统，光束扫描系统，光电控制系统，远程控制系统和二维机械转动平台。本发明的光源能够以单一波长调谐输出，或以几个固定波长调谐输出，或以一定光谱段的波长调谐输出，克服现有单一波长激光驱鸟器存在的驱鸟种类少和鸟类的单一波长适应性等严重问题，极大地扩大了驱鸟种类，极大地提高了驱鸟效果和驱鸟效率，因此，本发明的波长调谐光驱鸟器能够广泛地应用于机场、果园、林场、水产养殖场、发电厂、城市环保，以及自然生态保护区等场所，能够极大地促进航空安全、农林渔业发展、鸟类保护和生态平衡等，能够产生巨大的经济效益和社会效益。

Description

波长调谐光驱鸟器

技术领域

本发明属于光驱鸟技术领域，涉及鸟类视觉学、光生态学、航空鸟类学、激光、光学、非线性光学、机械技术、自动控制等领域。它适用于机场、果园、林场、水产养殖场、发电厂、城市环保，以及自然生态保护区等场所的驱鸟。

背景技术

飞机场鸟撞事故频发，占航空飞行事故的41%，已被国际航空联合会定为“A”类航空灾难；鸟类还影响到庄稼、果实的生长和渔业养殖，给农业、渔业养殖带来了巨大损失；鸟类还影响着发电厂的安全运行、大型建筑等的环保和使用寿命；鸟类甚至影响了城市环保。因此，如何减少鸟害已成为世界性的难题。目前驱鸟的方法主要有：声音驱鸟（如炮竹弹、煤气炮）、鸟枪驱鸟、稻草人和自动充气人驱鸟、驱鸟车驱鸟、风力驱鸟、超声驱鸟、化学药品驱鸟和激光驱鸟等。其中有的方法存在着噪音污染、伤害鸟类、破坏生态平衡等问题；而激光驱鸟具有范围广、环保、无噪音等优点，据世界民航组织的保守统计，使用激光驱鸟器至少能减少军民用航空业42%的鸟类危害。但是目前激光驱鸟器都是采用单一波长激光（例如532nm、520nm、633nm或650nm），而鸟类的视觉波长范围为300～750nm，不同鸟类的光敏感波长是不同的，单一波长的光只能对有限种类的鸟产生驱逐效果，并且鸟类容易对单一波长的光产生适应性，而随着人们环保意识的提高和对生态平衡的重视，鸟的数量和种类也随之增加。仅中国，鸟类就多达2500余种，机场鸟类有150余种，因此，单一波长激光驱鸟器的驱鸟范围是非常有限的。为此，我们提出了采用波长可调谐的光源，在300～750nm光谱范围内但不限于此光谱范围的光能够实现波长调谐输出，即在不同时刻产生不同波长的光，不仅扩大驱鸟种类，而且降低鸟类对光的适应性，从而极大地提高了驱鸟效果和驱鸟效率，并扩大了应用场所。

发明内容

本发明的目的在于采用波长调谐光源作为驱鸟器的光源，克服单一波长光源（包括激光和非激光光源）对所驱逐鸟的种类限制和鸟类对单一波长光的适应性，扩大驱鸟种类，提高驱鸟效果和驱鸟效率，并扩大应用场所。

波长调谐光驱鸟器，它包括光源，光源驱动源，波长调谐控制系统，光学聚焦系统，光学准直扩束系统，光束扫描系统，光电控制系统，远程控制系统和二维机械转动平台。

其特征在于：

a.光源为可调谐激光器或光参量振荡器或波长调谐的非激光光源；

b.根据所采用的光源、光源驱动源、波长调谐控制系统、光学聚焦系统、光学准直扩束系统、光束扫描系统、光电控制系统和远程控制系统等重量、体积和工作环境等要求，可以将光源、光源驱动源和波长调谐控制系统做成一体化或做成完全分离体，或光源与波长调谐控制系统做成一体化，或光源与光源驱动源做成一体化；

c.光源、光学聚焦系统和光学准直扩束系统放置在光束扫描系统的二维机械转动平台上，同时作扫描运动；或光源、光学聚焦系统、光学准直扩束系统和光源驱动源放置在光束扫描系统的二维机械转动平台上，同时作扫描运动；或光源、光学聚焦系统、光学准直扩束系统和波长调谐控制系统放置在光束扫描系统的二维机械转动平台上，同时作扫描运动；或光源、光源驱动源和波长调谐控制系统与光学聚焦系统和光学准直扩束系统放置在光束扫描系统的二维机械转动平台上，同时作扫描运动。

光源由光源驱动源供电，其输出的光功率大小由光源驱动源的工作电流大小决定；波长调谐控制系统控制光源的波长调谐；光源产生的光入射到光学聚焦系统，聚焦后入射到光学准直扩束系统；光学准直扩束系统实现光的准直扩束后用于驱鸟；所述的光源驱动源和波长调谐控制系统由光电控制系统控制，光电控制系统同时控制光束扫描系统；所述的光电控制系统受远程控制系统控制工作。

波长调谐控制系统能够单一波长调谐或几个固定波长调谐或一定光谱段的波长调谐。

光束扫描系统在一个水平方向扫描周期内，光源以某一定固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。

波长调谐光驱鸟器在一个工作日内，光源以某一个固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。

本发明的设计创新点在于：

a.光源为可调谐激光器或光参量振荡器或非激光光源；

b.波长调谐控制系统能够实现单一波长调谐或几个固定波长调谐或一定光谱段的波长调谐。

c.光束扫描系统在一个水平方向扫描周期内，光源以某一定固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。

d.波长调谐光驱鸟器在一个工作日内，光源以某一个固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。

本发明的功能：（1）克服现有激光驱鸟器激光波长单一的缺陷,极大地扩大了驱鸟种类。（2）克服了鸟类对单一波长光的适应性，提高了驱鸟效果和驱鸟效率。（3）具有广泛的应用场所和应用范围，甚至能够用于驱逐其它野生动物。因此，波长调谐光驱鸟器能够广泛地应用于机场、果园、林场、水产养殖场、发电厂、城市环保等场所，对航空安全、农林渔业发展、野生动物保护和生态平衡等具有重要的实用价值，能够产生巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为波长调谐光驱鸟器装置示意图，

图2为波长调谐光驱鸟器装置变形示意图之一，

图3为波长调谐光驱鸟器装置变形示意图之二，

图4为波长调谐光驱鸟器装置变形示意图之三。

图中标记：光源1，光源驱动源2，波长调谐控制系统3，光学聚焦系统4，光学准直扩束系统5，光束扫描系统6，光电控制系统7，远程控制系统8，二维机械转动平台9。

具体实施方式

结合图1-图4对本发明做进一步描述：

其中，图1是光源1、光源驱动源2、波长调谐控制系统3、光学聚焦系统4和光学准直扩束系统5放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上的示意图。图2是光源1、光学聚焦系统4和光学准直扩束系统5放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上的示意图。图3是光源1、光学聚焦系统4、光学准直扩束系统5和波长调谐控制系统3放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上的示意图。图4是光源1、光学聚焦系统4、光学准直扩束系统5和光源驱动源2放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上的示意图。

本发明波长调谐光驱鸟器，包括光源1，光源驱动源2，波长调谐控制系统3，光学聚焦系统4，光学准直扩束系统5，光束扫描系统6，光电控制系统7和远程控制系统8，二维机械转动平台9。光源1由光源驱动源2供电，其输出的光功率大小由光源驱动源2的工作电流大小决定；波长调谐控制系统3控制光源1的波长调谐；光源1产生的光入射到光学聚焦系统4，聚焦后入射到光学准直扩束系统5；光学准直扩束系统5实现光的准直扩束后用于驱鸟。所述的光源驱动源2和波长调谐控制系统3由光电控制系统7控制，光电控制系统7同时控制光束扫描系统6；所述的光束扫描系统6包括一个二维机械转动平台9，光束扫描系统6作水平方向和竖直方向二维扫描；所述的光电控制系统7受远程控制系统8控制工作。

本驱鸟器的设计要求是：

a.光源1为可调谐激光器或光参量振荡器或波长调谐的非激光光源；

b.根据所采用的光源1、光源驱动源2、波长调谐控制系统3、光学聚焦系统4、光学准直扩束系统5、光束扫描系统6、光电控制系统7和远程控制系统8等重量、体积和工作环境等要求，可以将光源1、光源驱动源2和波长调谐控制系统3做成完全分离体或做成一体化；或者将光源1与波长调谐控制系统3做成一体化；或者将光源1与光源驱动源2做成一体化；

c.光源1、光学聚焦系统4和光学准直扩束系统5放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上，同时作扫描运动；或光源1、光学聚焦系统4、光学准直扩束系统5和光源驱动源2放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上，同时作扫描运动；或光源1、光学聚焦系统4、光学准直扩束系统5和波长调谐控制系统3放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上，同时作扫描运动；或光源1、光源驱动源2和波长调谐控制系统3与光学聚焦系统4和光学准直扩束系统5放置在光束扫描系统6的二维机械转动平台9上，同时作扫描运动。

光源1具有波长调谐输出功能，主要可为可调谐激光器、光学参量振荡器和波长调谐输出的非激光光源等。其中，最常见的可调谐激光器主要有可调谐固体激光器、可调谐染料激光器和可调谐半导体激光器等，其运转方式包括连续、调Q、锁模等；光学参量振荡器可分为光学双谐振参量振荡器和光学单谐振参量振荡器，其运转方式也包括连续、调Q和锁模等；还有最近几年出现的新型光源——激光泵浦光子晶体光纤产生超连续谱光，采用声光调谐滤光片技术，在整个超连续光谱范围内，实现几个小光谱段的调谐输出。另外，对于连续运转的光源，也能够采用光学斩波等技术，实现脉冲输出。

波长调谐控制系统3的波长调谐为单一波长调谐，或者几个固定波长调谐，或者一定光谱段的波长调谐。例如，可调谐染料激光器、可调谐固体激光器和可调谐半导体激光器等均能实现单一波长调谐输出。

为了保证驱鸟器具有大的驱鸟范围和高的驱鸟效率，并保证人眼和鸟眼的安全，必须采用光学准直扩束系统5对光源1所输出的光束进行准直和扩束。而光束聚焦是光束准直和扩束的技术保障，聚焦光斑直径越小，其后的光束准直效果就越好。综合激光驱鸟器的驱鸟效果、人眼和鸟眼安全情况，光束光斑可以为圆形或圆环形等，光束光斑外径不小于60mm为宜；光束发散角不大于17μrad，不仅能够保证光驱鸟器在光束扫描半径1500m的范围内均有良好的驱鸟效果，而且能够保证在光束扫描半径1500m的范围内人眼和鸟眼不受光的损伤。

光束扫描系统6具有作水平方向和竖直方向二维扫描功能，水平方向扫描能够达到360°，作圆周运动扫描，或以小于360°作往复扫描。竖直方向能够作180°或90°扫描，而根据实际应用需要，竖直方向可作0～-90°扫描或竖直方向作0～90°扫描。

光束扫描系统6在一个水平方向扫描周期内，光源1以某一定固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。

波长调谐光驱鸟器在一个工作日，光源1以某一个固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。

光电控制系统7对光源驱动源2、波长调谐控制系统3和光束扫描系统6进行实时控制；并对光源1、光源驱动源2和光束扫描系统6的故障具有实时报警功能。

远程控制系统8通过对光电控制系统进行实时远程控制，实现驱鸟器的整体远程控制，并对光源1、光源驱动源2和光束扫描系统6的故障具有实时报警功能。

下面以具体实施例中所使用的器件作说明：

光源1是532nm激光泵浦的可调谐染料激光器，波长调谐范围为300～750nm。

通过控制光源驱动源2工作电流，实现对激光功率输出的控制。

采用光栅作为调谐元件，通过波长调谐控制系统3控制光栅的转动，实现单一波长调谐。

光学聚焦系统4为平凸透镜，焦距为20mm，口径为20mm。

光学准直扩束系统5为焦距1200mm、口径200mm的望远镜。

光束扫描系统6包括一个二维机械转动平台，水平方向转动角度为360°，竖直方向转动角度范围为-90～90°，扫射角度精度优于0.02°，在步进电机带动下，作循环往复运动。

光电控制系统7对光源驱动源2、波长调谐控制系统3和光束扫描系统6进行实时控制；对光源1、光源驱动源2和光束扫描系统6的故障具有实时报警功能。

远程控制系统8为一台计算机，对光电控制系统7进行远程控制，并对光源1、光源驱动源2和光束扫描系统6的故障具有实时报警功能。

本发明中所用的光源驱动源2、波长调谐控制系统3、光束扫描系统6、光电控制系统7等均为现有技术的市售产品，其具体结构本文中不再赘述。

本发明使用的可调谐染料激光器在功率为5W的532nm激光泵浦下，激光波长调谐为350～740nm，其中550nm波长激光输出功率最大，为280mW；350nm波长激光输出功率最小，为200mW。光学准直扩束系统5出射的激光光斑圆形光斑，直径为200mm，激光发散角17μrad，最大激光功率密度小于1.82mW/cm2，满足人眼安全和鸟眼安全标准。光束扫描系统在水平方向以360°为周期做扫描运动时，可调谐染料激光器以一个波长工作，当再作下一个水平扫描运动周期时，波长调谐到另一个波长，波长调谐采取从短波长到长波长处，再由长波长到短波长处的顺序。当光束扫描系统6中的二维机械转动平台9放置在2米高的位置处，当光束扫描系统6的竖直方向，在0～-90°作扫描运动时，本发明的波长调谐光驱鸟器非常适于机场和水产养殖场的驱鸟。当光束扫描系统6中的二维机械转动平台9放置稍高于树木的位置处，当光束扫描系统6的竖直方向，在-45～45°作扫描运动时，本发明的光波长调谐光驱鸟器非常适于果园、林场、城市环保和自然生态保护区等场所的驱鸟应用。

Claims

1.波长调谐光驱鸟器，它包括光源（1）、光源驱动源（2）、波长调谐控制系统（3）、光学聚焦系统（4）、光学准直扩束系统（5）、光束扫描系统（6）、光电控制系统（7）、远程控制系统（8）和二维机械转动平台（9）；其特征在于：

a.光源（1）为可调谐激光器或光参量振荡器或波长调谐的非激光光源；

b.根据所采用的光源（1）、光源驱动源（2）、波长调谐控制系统（3）、光学聚焦系统（4）、光学准直扩束系统（5）、光束扫描系统（6）、光电控制系统（7）和远程控制系统（8）等重量、体积和工作环境等要求，可以将光源（1）、光源驱动源（2）和波长调谐控制系统（3）做成一体化或做成完全分离体，或光源（1）与波长调谐控制系统（3）做成一体化，或光源（1）与光源驱动源（3）做成一体化；

c.光源（1）、光学聚焦系统（4）和光学准直扩束系统（5）放置在光束扫描系统（6）的二维机械转动平台（9）上，同时作扫描运动；或光源（1）、光学聚焦系统（4）、光学准直扩束系统（5）和光源驱动源（2）放置在光束扫描系统（6）的二维机械转动平台（9）上，同时作扫描运动；或光源（1）、光学聚焦系统（4）、光学准直扩束系统（5）和波长调谐控制系统（3）放置在光束扫描系统（6）的二维机械转动平台（9）上，同时作扫描运动；或光源（1）、光源驱动源（2）和波长调谐控制系统（3）与光学聚焦系统（4）和光学准直扩束系统（5）放置在光束扫描系统（6）的二维机械转动平台（9）上，同时作扫描运动。

2.根据权利要求1所述的波长调谐光驱鸟器，其特征在于：光源（1）由光源驱动源（2）供电，其输出的光功率大小由光源驱动源（2）的工作电流大小决定；波长调谐控制系统（3）控制光源（1）的波长调谐；光源（1）产生的光入射到光学聚焦系统（4），聚焦后入射到光学准直扩束系统（5）；光学准直扩束系统（5）实现光的准直扩束后用于驱鸟；所述的光源驱动源（2）和波长调谐控制系统（3）由光电控制系统（7）控制，光电控制系统（7）同时控制光束扫描系统（6）；所述的光电控制系统（7）受远程控制系统（8）控制工作。

3.根据权利要求1或2所述的波长调谐光驱鸟器，其特征在于：波长调谐控制系统（3）能够实现单一波长调谐或几个固定波长调谐或一定光谱段的波长调谐。

4.根据权利要求1或2所述的波长调谐光驱鸟器，其特征在于：光束扫描系统（6）在一个水平方向扫描周期内，光源（1）以某一定固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。

5.根据权利1要求所述的波长调谐光驱鸟器，其特征在于：波长调谐光驱鸟器在一个工作日内，光源（1）以某一个固定波长，或某几个固定波长，或一定光谱段，或从短波长至长波长或长波长至短波长的整个波长调谐范围内，作周期性或随机性波长调谐输出。