CN106855621A - 一种便携式米散射激光雷达装置 - Google Patents

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方蔚恺
杨喆
张战盈
张伟丽
李艳蕾
陆泽橼
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Abstract

本发明公开一种便携式米散射激光雷达装置，包括箱体，所述箱体内部设有激光发射单元、回波信号接收单元、信号采集与自动控制单元、非球面镜、辅助电路，所述激光发射单元包括激光器、安装在激光器的出光口处的扩束器和非球面镜，所述辅助电路与激光器连接，所述扩束器出光口处倾斜设置有平面反射镜一，以及与平面反射镜一平行的平面反射镜二，所述辅助电路与激光器连接；所述回波信号接收单元包括平面反射镜三、平面反射镜四、遮光罩、微孔光阑；所述信号采集与自动控制单元包括光电管、光电探测器、微型工控机以及安插在微型工控机扩展槽上的光子计数器，本发明体积小、重量轻、结构紧凑、单人携带方便。

Description

一种便携式米散射激光雷达装置
技术领域
本发明涉及激光工程应用领域，具体是一种便携式米散射激光雷达装置。
背景技术
激光工程应用中通常使用1.064μm作为工作波长，因此人们对1.064μm激光的大气透过率特性十分关注。为了满足激光工程的应用需求及对1.064μm激光大气传输特性进行研究，人们研制了1.064μm米散射激光雷达系统。它根据米散射原理，通过定量分析大气气溶胶(飘尘、颗粒物、烟尘和沙尘)对1.064μm激光产生的后向散射回波，来探测1.064μm的大气水平能见度和垂直消光系数廓线。
1.064μm米散射激光雷达系统通常由激光发射单元、回波信号接收单元、信号采集与自动控制单元组成。随着半导体激光器技术的进步及光电探测器等分立器件的发展，米散射激光雷达已进入实用化和商品化阶段。但是，从实际应用反馈的信息来看，目前，常规的1.064μm米散射激光雷达系统主要存在以下几个方面的不足：激光发射与回波信号接收为非同轴结构，系统容易受到震动等因素的影响从而造成光路漂移，影响测量数据结果的可靠性；激光发射单元、回波信号接收单元和信号采集与自动控制单元分离，由此带来系统体积、重量偏大，单人携带不方便，机动能力差的问题；系统成本造价偏高、抗环境变化能力差；结构相对较复杂、安装调试较麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式米散射激光雷达装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种便携式米散射激光雷达装置，包括箱体，所述箱体内部设有激光发射单元、回波信号接收单元、信号采集与自动控制单元、非球面镜、辅助电路，所述激光发射单元包括激光器、安装在激光器的出光口处的扩束器和非球面镜，所述辅助电路与激光器连接，所述扩束器出光口处倾斜设置有平面反射镜一，以及与平面反射镜一平行的平面反射镜二，所述辅助电路与激光器连接；所述回波信号接收单元包括平面反射镜三、平面反射镜四、遮光罩、微孔光阑，所述平面反射镜三和所述非球面镜依次设置在所述平面反射镜二的反射光线的反射方向上，所述非球面镜镶嵌在箱体侧壁上，且与箱体外界接触，所述平面反射镜三为中心开孔的平面反射镜，所述平面反射镜三与非球面镜之间设有遮光罩，所述遮光罩为圆台形，所述遮光罩的大端口靠近非球镜面且对准非球面镜的中心而设置，所述遮光罩的小端口靠近平面反射镜三且对准平面反射镜三的中心开孔而设置，所述平面反射镜四平行于平面反射镜三而设置，所述微孔光阑设置在回波信号接收光路焦点位置处，所述微孔光阑后还依次装配有聚焦透镜、窄带滤光片、聚焦透镜；所述信号采集与自动控制单元包括光电管、光电探测器、微型工控机以及安插在微型工控机扩展槽上的光子计数器，所述光电管与辅助电路连接，辅助电路与光子计数器的接口一相接，所述光电探测器与光子计数器的接口二相接。
进一步的，所述箱体外侧还设有支撑箱体的支撑架，所述支撑架和箱体之间设有旋钮。
进一步的，所述激光发射单元与回波信号接收单元共用一个非球面镜，所述激光发射单元和信号采集与自动控制单元共用辅助电路。
进一步的，所述激光器为1.064μm轻小型半导体泵浦Nd:YAG激光器。
进一步的，所述非球面镜的直径为80mm。
进一步的，所述光电探测器通过同轴电缆接口与光子计数器的接口二相接。
本发明的有益效果是：
本发明所提供的便携式米散射激光雷达装置，其体积小、重量轻、结构紧凑、性价比高、自动化程度高、维修简单、可昼夜连续运行、便于单人携带和移动，关键器件的全固化结构和模块化结构确保了系统工作的稳定性和探测数据的可靠性等，通过回波信号接收光路上遮光罩的设计，可以极大程度的屏蔽箱体内部杂散光背景对有效探测信号的干扰，提高了本装置的探测信噪比。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明内部结构示意图。
图2是本发明外部结构示意图。
图中：1、接口一，2、接口二，3、辅助电路，4、激光器，5、扩束器，6、平面反射镜一，7、光电管，8、平面反射镜二，9、平面反射镜三，10、非球面镜，11、平面反射镜四，12、微孔光阑，13、聚焦透镜，14、窄带滤光片，15、聚焦透镜，16、光电探测器，17、光子计数器，18、微型工控机，19、箱体，20、遮光罩，21、旋钮，22、支撑架。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1～2所示，本发明提供的便携式米散射激光雷达装置，包括箱体19，其特征在于，所述箱体19内部设有激光发射单元、回波信号接收单元、信号采集与自动控制单元、非球面镜10、辅助电路3，所述激光发射单元包括激光器4、安装在激光器4的出光口处的扩束器5和非球面镜10，所述扩束器5出光口处倾斜设置有平面反射镜一6，以及与平面反射镜一6平行的平面反射镜二8，所述辅助电路3与激光器4连接；所述回波信号接收单元包括平面反射镜三9、平面反射镜四11、遮光罩20、微孔光阑12，所述平面反射镜三9和所述非球面镜10依次设置在所述平面反射镜二8的反射光线的反射方向上，所述非球面镜10镶嵌在箱体19侧壁上，且与箱体19外界接触，所述平面反射镜三9为中心开孔的平面反射镜，所述平面反射镜三9与非球面镜10之间设有遮光罩20，所述遮光罩20为圆台形，所述遮光罩20的大端口靠近非球镜10面且对准非球面镜10的中心而设置，所述遮光罩20的小端口靠近平面反射镜三9且对准平面反射镜三9的中心开孔而设置，通过遮光罩20的设计，可以极大程度的屏蔽箱体19内部杂散光背景对有效探测信号的干扰，提高便携式米散射激光雷达装置的探测信噪比；所述平面反射镜四11平行于平面反射镜三9而设置，所述微孔光阑12设置在回波信号接收光路焦点位置处，所述微孔光阑12后还依次装配有聚焦透镜13、窄带滤光片14、聚焦透镜15；所述信号采集与自动控制单元包括光电管7、光电探测器16、微型工控机18以及安插在微型工控机18扩展槽上的光子计数器17，所述光电管7与辅助电路3连接，辅助电路3与光子计数器17的接口一1相接，所述光电探测器16与光子计数器17的接口二2相接。
如图2所示，所述箱体外侧还设有支撑箱体19的支撑架22，所述支撑架22和箱体19之间设有旋钮21，支撑架22可用于装置的移动和支撑，通过旋钮21可对测量角度的进行调整。
所述激光发射单元与回波信号接收单元共用一个非球面镜10，所述激光发射单元和信号采集与自动控制单元共用辅助电路3。
所述激光器4为1.064μm轻小型半导体泵浦Nd:YAG激光器4。
所述非球面镜10的直径为80mm。
所述光电探测器16通过同轴电缆接口与光子计数器17的接口二2相接。
工作原理：
激光器在辅助电路3的驱动下，输出波长为1.064μm的脉冲激光光束，激光光束经扩束器5进行一级扩束，经平面反射镜一6和平面反射镜二8反射、然后经非球面镜10进行二级扩束后进入大气。激光在大气传输的过程中，大气气溶胶会对其产生散射、吸收、消光等物理效应，其中的后向散射回波光子信号被非球面镜10接收，经过平面反射镜三9、平面反射镜四11、微孔光阑12、聚焦透镜13、滤光片14和聚焦透镜15，传递到光电探测器16的探测端面。光电探测器16将光子信号转换为电脉冲信号，输出至光子计数器17的端口2；透过平面反射镜一6的部分杂散光经光电管7进行光电转换，并经辅助电路3整形，输出至光子计数器17的端口1；光子计数器17按照光子信号从空间返回的时序做对位记数和累加处理，其结果存储到光子计数器17的数据存储单元；最后存储到微型工控机18。依据米散射激光雷达方程，反演得出大气气溶胶消光分布廓线，利用微分零交叉法求出云底高度；得到消光分布廓线后，可依据能见度计算公式求解能见度。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定,任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式米散射激光雷达装置，包括箱体(19)，其特征在于，所述箱体(19)内部设有激光发射单元、回波信号接收单元、信号采集与自动控制单元、非球面镜(10)、辅助电路(3)，所述激光发射单元包括激光器(4)、安装在激光器(4)的出光口处的扩束器(5)和非球面镜(10)，所述扩束器(5)出光口处倾斜设置有平面反射镜一(6)，以及与平面反射镜一(6)平行的平面反射镜二(8)，所述辅助电路(3)与激光器(4)连接；所述回波信号接收单元包括平面反射镜三(9)、平面反射镜四(11)、遮光罩(20)、微孔光阑(12)，所述平面反射镜三(9)和所述非球面镜(10)依次设置在所述平面反射镜二(8)的反射光线的反射方向上，所述非球面镜(10)镶嵌在箱体(19)侧壁上，且与箱体(19)外界接触，所述平面反射镜三(9)为中心开孔的平面反射镜，所述平面反射镜三(9)与非球面镜(10)之间设有遮光罩(20)，所述遮光罩(20)为圆台形，所述遮光罩(20)的大端口靠近非球镜(10)面且对准非球面镜(10)的中心而设置，所述遮光罩(20)的小端口靠近平面反射镜三(9)且对准平面反射镜三(9)的中心开孔而设置，所述平面反射镜四(11)平行于平面反射镜三(9)而设置，所述微孔光阑(12)设置在回波信号接收光路焦点位置处，所述微孔光阑(12)后还依次装配有聚焦透镜(13)、窄带滤光片(14)、聚焦透镜(15)；所述号采集与自动控制单元包括光电管(7)、光电探测器(16)、微型工控机(18)以及安插在微型工控机(18)扩展槽上的光子计数器(17)，所述光电管(7)与辅助电路(3)连接，辅助电路(3)与光子计数器(17)的接口一(1)相接，所述光电探测器(16)与光子计数器(17)的接口二(2)相接。
2.根据权利要求1所述的便携式米散射激光雷达装置，其特征在于,所述箱体外侧还设有支撑箱体(19)的支撑架(22)，所述支撑架(22)和箱体(19)之间设有旋钮(21)。
3.根据权利要求1所述的便携式米散射激光雷达装置，其特征在于,所述激光发射单元与回波信号接收单元共用一个非球面镜(10)，所述激光发射单元和信号采集与自动控制单元共用辅助电路(3)。
4.根据权利要求1所述的便携式米散射激光雷达装置，其特征在于，所述激光器(4)为1.064μm轻小型半导体泵浦Nd:YAG激光器(4)。
5.根据权利要求1所述的便携式米散射激光雷达装置，其特征在于，所述非球面镜(10)的直径为80mm。
6.根据权利要求1所述的便携式米散射激光雷达装置，其特征在于，所述光电探测器(16)通过同轴电缆接口与光子计数器(17)的接口二(2)相接。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807363A (zh) * 2017-12-13 2018-03-16 中国科学院上海天文台 一种激光测距的激光回波信号信噪比增强装置及增强方法
CN109655807A (zh) * 2019-01-28 2019-04-19 哈工大(北京)军民融合创新研究院有限公司 一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置及系统
CN110031867A (zh) * 2019-05-09 2019-07-19 合肥光博量子科技有限公司 一种便携式气溶胶边界层红外探测激光雷达
CN112068146A (zh) * 2020-09-02 2020-12-11 广东博智林机器人有限公司 激光测距装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060231771A1 (en) * 2004-11-19 2006-10-19 Science & Engineering Services, Inc. Enhanced portable digital lidar system
CN101299066A (zh) * 2007-04-30 2008-11-05 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达透射式同轴发射与接收装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060231771A1 (en) * 2004-11-19 2006-10-19 Science & Engineering Services, Inc. Enhanced portable digital lidar system
CN101299066A (zh) * 2007-04-30 2008-11-05 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达透射式同轴发射与接收装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
毛敏娟等: "车载式1 064 nm和532 nm双波长米散射激光雷达", 《强激光与粒子束》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807363A (zh) * 2017-12-13 2018-03-16 中国科学院上海天文台 一种激光测距的激光回波信号信噪比增强装置及增强方法
CN107807363B (zh) * 2017-12-13 2021-01-01 中国科学院上海天文台 一种激光测距的激光回波信号信噪比增强装置及增强方法
CN109655807A (zh) * 2019-01-28 2019-04-19 哈工大(北京)军民融合创新研究院有限公司 一种1.06μm脉冲外差相干二维扫描激光雷达装置及系统
CN110031867A (zh) * 2019-05-09 2019-07-19 合肥光博量子科技有限公司 一种便携式气溶胶边界层红外探测激光雷达
CN112068146A (zh) * 2020-09-02 2020-12-11 广东博智林机器人有限公司 激光测距装置

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