CN105137413A - 电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器 - Google Patents

电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器 Download PDF

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    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Abstract

本发明公开了一种电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，包括滤光片和分离器壳体，所述分离器壳体内设置有若干个滤光片导槽和滤光片支架，所述滤光片可上下移动的设置在滤光片导槽内；所述分离器壳体上还设置有驱动滤光片上下移动的电动蜗轮蜗杆减速机，所述电动蜗轮蜗杆减速机的蜗轮输出轴连接有旋转丝杠，所述旋转丝杆设置在滤光片支架上，所述旋转丝杆上还设置有带动滤光片上下移动的移动丝母。本发明大大降低了采样电路的硬件成本；并且最多可进行10种光谱信号的分离；光谱分离速度快，无误差；可随机对两个或多个滤光片进行组合，组成某光谱范围内的带通滤波器，满足激光雷达某些特殊测量的需求。

Description

电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器
技术领域
本发明属于光谱分离器领域，具体涉及一种电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器。
背景技术
随着激光和光电子技术的迅猛发展，激光雷达在大气遥感中的应用越来越多。利用激光探测指向性好；分辨率高的特性，遥测大气，接受大气散射光并进行分析处理，可反演推算大气各项目参数，如温度、速度、气体性质等。由于大气对同一入射光存在着弹性散射和非弹性散射（即转动拉曼和振动拉曼），而这两种散射造成的回波光谱又分布在不同的波段上。另外，由于大气中含有的气体成分不同，也会造成非弹性散射的回波分布在不同的波段上。因此，对不同光谱的分离、提取、分析处理是当今测量大气参数的必备手段和方法。
目前的发展状况
目前的激光雷达在回波提取技术中，通常是使用窄带干涉滤光片、FP标准具等，但仅能提取一种波段的光谱，这样的光探测使得得到的有用信息非常有限，仅能测出某一项的大气参数，无法有效利用激光雷达回向散射信号内包含的信息，造成目前的激光雷达功能单一。
现在常用的光谱分离技术有高光谱分辨率光栅分光仪，多光栅单色仪等，通过空间分光再使用透镜合光完成多种光谱的分离。这种技术系统结构复杂，价格昂贵，对安装工艺要求甚高。
目前国内有专业人士研究出了诸如使用具有透射和反射功能的滤光片组成的激光雷达大气回波光谱分离装置，可以同时输出5路各自不同的光谱信号。这种技术虽然可以将光波回波信息进行光谱分离，但是，5个输出光信号是同时输出，在空间上各自独立，造成了在后续步骤里还需要将这5路信号分别进行光电转换，硬件成本巨大。
另外，使用滤光镜转盘也是实现光谱分离的实用技术之一。它是采用在一个转盘上载有多个滤光片，转盘转动使得不同的滤光片处于光路通道上，完成对某一光谱的分离。但是，这种技术，一是外观尺寸大，不利于野外测量用途的激光雷达的便携，二是对步进电机的步进精度要求极高，若滤光片的步进位置与光路重合的不好，易造成回波信号的损失，影响激光雷达的探测精度。另外，若出现机械故障，对应滤光片不到位的情况是无法进行捡测的，易造成错误测量。
因此，针对激光探测大气的需求，研发一种成本低，实用性强的激光雷达回波光谱分离器，将用的各个光谱信息全部提取出来，大幅增强激光雷达系统的探测功能，拓展激光雷达的应用范围是非常重要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，能够克服现有技术的上述缺陷。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，包括滤光片和分离器壳体，所述分离器壳体内设置有若干个滤光片导槽和滤光片支架，所述滤光片可上下移动的设置在滤光片导槽内；所述分离器壳体上还设置有驱动滤光片上下移动的电动蜗轮蜗杆减速机，所述电动蜗轮蜗杆减速机的蜗轮输出轴连接有旋转丝杠，所述旋转丝杆设置在滤光片支架上，所述旋转丝杆上还设置有带动滤光片上下移动的移动丝母；所述分离器还包括用于控制各路滤光片在光路上不同位置的控制模块；所述分离器包括如下波段的滤光片：透射波段1，353nm~354nm；透射波段2，354.3nm~354.6nm；透射波段3，354.9nm~355.1nm；透射波段4，405nm~410nm，透射波段5，384nm~389nm；透射波段6，527nm~533nm；透射波段7，606nm~609nm；透射波段8，659nm~662nm；透射波段9，530.2nm~531.2nm；透射波段10，528nm~529.5nm。
进一步，所述分离器壳体上设置多个电动蜗轮蜗杆减速机，一个电动蜗轮蜗杆减速机对应驱动一个滤光片。
进一步，所述滤光片与滤光片导槽之间设置有滚珠，所述滚珠固定在滚珠支承架上，所述滚珠支承架固定在分离器壳体上。
进一步，所述滤光片支架上设置有用于检测滤光片位置的微型位置开关。
进一步，所述滤光片导槽的顶部还设置有指示灯，所述指示灯包括用于表示滤光片处于正常光路位置的绿灯和处于非工作位的红灯。
本发明的有益效果是：本发明具有以下优点：
①被分离的光谱信号均为从一个光路端口输出，便于进行光电转换和数据采样，只需一路采样模块，大大降低了采样电路的硬件成本；
②最多可进行10种光谱信号的分离；
③光谱分离速度快，无误差，由于采用的是类似幻灯片放映的机制，使用电动蜗轮蜗杆减速机，转换速度快；
④可随机对两个或多个滤光片进行组合，组成某光谱范围内的带通滤波器，满足激光雷达某些特殊测量的需求。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的立体示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图所示，一种电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，包括滤光片1和分离器壳体2，所述分离器壳体内设置有若干个滤光片导槽3和滤光片支架4，所述滤光片可上下移动的设置在滤光片导槽内；所述分离器壳体上还设置有驱动滤光片上下移动的电动蜗轮蜗杆减速机5，所述电动蜗轮蜗杆减速机的蜗轮输出轴连接有旋转丝杠6，所述旋转丝杆设置在滤光片支架上，所述旋转丝杆上还设置有带动滤光片上下移动的移动丝母7。
本实施例中，所述分离器壳体上设置多个电动蜗轮蜗杆减速机，一个电动蜗轮蜗杆减速机对应驱动一个滤光片，电动蜗轮蜗杆减速机与滤光片一一对应设置便于对单个滤光片的位置进行控制。
本实施例中，所述分离器还包括用于控制各路滤光片在光路上不同位置的控制模块。控制模块根据从主机发来的控制指令，控制一个或多个滤光片处在光路上，起到光谱分离的作用，并把各个滤光片的位置信息传回主控机。
本实施例中，所述滤光片与滤光片导槽之间设置有滚珠8，所述滚珠固定在滚珠支承架上，所述滚珠支承架固定在分离器壳体上。
本实施例中，所述滤光片支架上设置有用于检测滤光片位置的微型位置开关9。
本实施例中，所述滤光片导槽的顶部还设置有指示灯10，所述指示灯包括用于表示滤光片处于正常光路位置的绿灯和处于非工作位的红灯。每个导槽上顶部均安装有位置指示灯，用于指示滤光片的位置情况，绿灯亮为处于正常光路位置，红灯亮为非工作位置，即光路上没有该滤光片。
本实施例中，所述分离器包括如下波段的滤光片：透射波段1，353nm~354nm；透射波段2，354.3nm~354.6nm；透射波段3，354.9nm~355.1nm；透射波段4，405nm~410nm，透射波段5，384nm~389nm；透射波段6，527nm~533nm；透射波段7，606nm~609nm；透射波段8，659nm~662nm；透射波段9，530.2nm~531.2nm；透射波段10，528nm~529.5nm。使用时，可根据测量需求插入多个或全部滤光片。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，其特征在于：包括滤光片和分离器壳体，所述分离器壳体内设置有若干个滤光片导槽和滤光片支架，所述滤光片可上下移动的设置在滤光片导槽内；所述分离器壳体上还设置有驱动滤光片上下移动的电动蜗轮蜗杆减速机，所述电动蜗轮蜗杆减速机的蜗轮输出轴连接有旋转丝杠，所述旋转丝杆设置在滤光片支架上，所述旋转丝杆上还设置有带动滤光片上下移动的移动丝母；所述分离器还包括用于控制各路滤光片在光路上不同位置的控制模块；所述分离器包括如下波段的滤光片：透射波段1，353nm~354nm；透射波段2，354.3nm~354.6nm；透射波段3，354.9nm~355.1nm；透射波段4，405nm~410nm，透射波段5，384nm~389nm；透射波段6，527nm~533nm；透射波段7，606nm~609nm；透射波段8，659nm~662nm；透射波段9，530.2nm~531.2nm；透射波段10，528nm~529.5nm。
2.根据权利要求1所述的电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，其特征在于：所述分离器壳体上设置多个电动蜗轮蜗杆减速机，一个电动蜗轮蜗杆减速机对应驱动一个滤光片。
3.根据权利要求1所述的电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，其特征在于：所述滤光片与滤光片导槽之间设置有滚珠，所述滚珠固定在滚珠支承架上，所述滚珠支承架固定在分离器壳体上。
4.根据权利要求1所述的电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，其特征在于：所述滤光片支架上设置有用于检测滤光片位置的微型位置开关。
5.根据权利要求1所述的电动蜗杆式激光雷达回波光谱分离器，其特征在于：所述滤光片导槽的顶部还设置有指示灯，所述指示灯包括用于表示滤光片处于正常光路位置的绿灯和处于非工作位的红灯。
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