CN107356939A - 一种高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置，紫外泵浦激光器、聚焦系统、受激拉曼激光系统、扩束装置、准直镜、高低空双接收望远、光纤、第一分光光谱仪、第二分光光谱仪、光电倍增管PMT、低空模拟采集系统、高空量子采集系统、环境传感系统和智能控制单元。本发明通过高低空双接收和高层弱信号量子采集的设计，提高了系统的动态范围和信噪比，提高了差分吸收激光雷达的高低空一体化探测性能。并通过仪器一体化设计和模块化设计，具有防雷设计、防风防雨设计、镜面除雾、天窗自动清洁功能，满足IP65防护等级，满足户外全天候和全天时运行要求。

Description

一种高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置
技术领域
本发明涉臭氧差分吸收激光雷达装置领域，具体一种高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置。
背景技术
对于臭氧，大多数人都知道臭氧层具有防紫外线的功能，但很多人不知道这里说的臭氧层实际是在大气层的平流层中，在对流层中也存在着占大气层臭氧总量10％的臭氧，这部分臭氧在对流层大气污染扮演着重要的角色，臭氧是一种强氧化剂，它和其他物质反应生成多种有毒氧化物，对人体有着极大地伤害，并且臭氧在雾霾的产生过程中起着重要作用，因此对对流层臭氧的监测也越来越受到关注。差分吸收激光雷达技术以它高测量精度、高时空分辨率和能够持续测量的优点备受青睐。现有专利CN103293533A提供了一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统，包括主控制器、激光发射装置组、激光信号探测器、光束组合器、数据采集装置、以及终端装置，激光发射装置组包括至少两组激光发射器；其中，主控制器分别对各组激光发射器进行控制，各组激光发射器发射端分别与光束组合器的输入端相连接，实现采用多波长对大气臭氧同时进行差分吸收观测与分析，实现高效率、高精度的实验观测效果。
虽然现有专利CN103293533A实现了采用多波长对大气臭氧的观测分析，但是存在对臭氧探测的动态范围不够大、信噪比低和差分吸收激光雷达的一体化探测性能较差的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
紫外泵浦激光器、聚焦系统、受激拉曼激光系统、扩束装置、准直镜、高低空双接收望远镜、光纤、第一分光光谱仪、第二分光光谱仪、光电倍增管PMT、低空模拟采集系统、高空量子采集系统、环境传感系统和智能控制单元；
其中所述紫外泵浦激光器发射第一光线，第一光线经过所述聚焦系统聚焦后产生第二光线，第二光线经过受激拉曼激光系统处理后产生第三光线，第三光线经过扩束装置扩束后产生第四光线，第四光线经准直镜传递后垂直射入到大气中；
其中激光的后向散射光被高低空双接收望远镜接收，小口径望远镜通过低空模拟采集系统采集用于探测低空信号，大口径望远镜通过高空量子采集系统采集用于探测高空信号；
其中所述智能控制单元分别与所述高空量子采集系统、所述低空模拟采集系统、所述环境传感系统和所述紫外泵浦激光器电性连接；
其中所述第一分光光谱仪安装两个所述光电倍增管PMT，两个所述光电倍增管PMT分别与高空量子采集系统电性连接，所述第二分光光谱仪安装两个所述光电倍增管PMT，两个所述光电倍增管PMT分别与低空模拟采集系统电性连接。
优选的，所述紫外泵浦激光器采用Nd：YAG激光器。
优选的，所述第一光线为波长266nm的激光。
优选的，所述受激拉曼激光系统装有活性气体。
优选的，经过所述受激拉曼激光系统处理产生第三光线为多波长光束。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过高低空双接收和高层弱信号量子采集的设计，(1)提高了系统的动态范围和信噪比；(2)提高了差分吸收激光雷达的高低空一体化探测性能；(3)通过仪器一体化设计和模块化设计，具有防雷设计、防风防雨设计、镜面除雾、天窗自动清洁功能，满足IP65防护等级，满足户外全天候和全天时运行要求。
附图说明
图1为本发明高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置的构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，紫外泵浦激光器1、聚焦系统2、受激拉曼激光系统3、扩束装置4、准直镜5、高低空双接收望远镜6、光纤、第一分光光谱仪81、第二分光光谱仪82、光电倍增管PMT9、低空模拟采集系统、高空量子采集系统、环境传感系统和智能控制单元。其中，紫外泵浦激光器1发射第一光线10，第一光线10经过聚焦系统2聚焦后产生第二光线101，第二光线101经过受激拉曼激光系统3处理后产生第三光线102，第三光线102经过扩束装置4扩束后产生第四光线103，第四光线103经准直镜5传递后垂直射入到大气中。其中，激光的后向散射光7被高低空双接收望远镜6接收，小口径望远镜通过低空模拟采集系统采集用于探测低空信号，大口径望远镜通过高空量子采集系统采集用于探测高空信号。其中，智能控制单元分别与高空量子采集系统、低空模拟采集系统、环境传感系统和紫外泵浦激光器1电性连接。其中，第一分光光谱仪81安装两个光电倍增管PMT9，两个光电倍增管PMT9分别与高空量子采集系统电性连接，第二分光光谱仪82安装两个光电倍增管PMT9，两个光电倍增管PMT9分别与低空模拟采集系统电性连接。紫外泵浦激光器1采用Nd：YAG激光器，第一光线10为波长266nm的激光，受激拉曼激光系统3装有活性气体，经过所述受激拉曼激光系统3处理产生第三光线102为多波长光束。
当高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置启动后，紫外泵浦激光器1采用Nd：YAG激光器发射激光，经过四倍频后转换为266nm激光即第一光线10，266nm激光通过聚焦系统2聚焦后产生第二光光线101，第二光线101导入到受激拉曼激光系统3中，在受激拉曼激光系统3产生差分吸收测量的多波长第三光线102，第三光线102经过扩束装置4扩束后生成第四光线103，第四光线103再经过准直镜5传递垂直射到大气中。激光的后向散射光7被高低空双接收望远镜6接收，其中小口径望远镜接收低空的激光后向散射光7并通过光纤将激光后向散射光7传递到第二分光光谱仪82，第二分光光谱仪82分光处理后分别经过两个光电倍增管PMT9光电转化后，分别将转化后的电信号传递给低空模拟采集系统，经低空模拟采集系统处理后将电信号传递给智能控制单元，大口径望远镜接收高空的激光后向散射光7并通过光纤将激光后向散射光7传递到第一分光光谱仪81，第一分光光谱仪81分光处理后分别经过两个光电倍增管PMT9光电转化后，分别将转化后的电信号传递给高空量子采集系统，经高空量子采集系统处理后将电信号传递给智能控制单元，智能控制单元根据高空量子采集系统和低空模拟采集系统的信号后对紫外泵浦激光器1进行控制。环境传感系统用于系统内外环境的测量，并通过智能控制单元控制对系统进行环境控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高低空双接收臭氧差分吸收激光雷达装置，其特征在于,包括：
紫外泵浦激光器(1)、聚焦系统(2)、受激拉曼激光系统(3)、扩束装置(4)、准直镜(5)、高低空双接收望远镜(6)、光纤、第一分光光谱仪(81)、第二分光光谱仪(82)、光电倍增管PMT(9)、低空模拟采集系统、高空量子采集系统、环境传感系统和智能控制单元；
其中所述紫外泵浦激光器(1)发射第一光线(10)，第一光线(10)经过所述聚焦系统(2)聚焦后产生第二光线(101)，第二光线(101)经过受激拉曼激光系统(3)处理后产生第三光线(102)，第三光线(102)经过扩束装置(4)扩束后产生第四光线(103)，第四光线(103)经准直镜(5)传递后垂直射入到大气中；
其中，激光的后向散射光(7)被高低空双接收望远镜(6)接收，小口径望远镜通过低空模拟采集系统采集用于探测低空信号，大口径望远镜通过高空量子采集系统采集用于探测高空信号；
其中，所述智能控制单元分别与所述高空量子采集系统、所述低空模拟采集系统、所述环境传感系统和所述紫外泵浦激光器(1)电性连接；
其中，所述第一分光光谱仪(81)安装两个所述光电倍增管PMT(9)，两个所述光电倍增管PMT(9)分别与高空量子采集系统电性连接，所述第二分光光谱仪(82)安装两个所述光电倍增管PMT(9)，两个所述光电倍增管PMT(9)分别与低空模拟采集系统电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种高低空双接收臭氧差分吸收雷达装置，其特征在于，所述紫外泵浦激光器(1)采用Nd：YAG激光器。
3.根据权利要求1所述的一种高低空双接收臭氧差分吸收雷达装置，其特征在于，所述第一光线(10)为波长266nm的激光。
4.根据权利要求1所述的一种高低空双接收臭氧差分吸收雷达装置，其特征在于，所述受激拉曼激光系统(3)装有活性气体。
5.根据权利要求1所述的一种高低空双接收臭氧差分吸收雷达装置，其特征在于，经过所述受激拉曼激光系统(3)处理产生第三光线(102)为多波长光束。
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