CN108362666B - 基于ccd的近地面扫描式气溶胶探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置。它包括与计算机(10)电连接的CCD相机组件(1)和激光组件(6)，特别是CCD相机组件(1)和激光组件(6)位于俯仰扫描云台(4)上；其中，俯仰扫描云台(4)为云台底板(45)上置有的水准显示器(47)、俯仰扫描固定旋钮(44)、俯仰扫描旋钮(43)和俯仰转动臂(42)，以及指针(48)和角度盘(41)，CCD相机组件(1)为相机组件底板(15)上置有的方位涡轮蜗杆副(16)、俯仰涡轮蜗杆副(12)和CCD相机(11)，激光组件(6)为激光组件下底板(64)上置有的弹簧垫圈(65)、激光组件上底板(63)、光路微调螺钉(62)和激光器(61)。它可用于探测大气中的气溶胶参数。

Description

基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置
技术领域
本发明涉及一种气溶胶探测装置，尤其是一种基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置。
背景技术
大气环境的探测与保护一直是各国政府、环境保护部门及大气环境科学工作者非常关注的问题。发展具有我国自主知识产权的大气环境探测技术对于提高我国高新技术的水平，增强我国在高新技术领域的国际地位具有非常重要的意义。目前，人们为了探测大气环境中的气溶胶参数，做出了不懈的努力，如中国发明专利CN 103344611 B于2015年7月1日公告的本申请人的一种基于CCD成像技术的侧向激光雷达测量气溶胶参数的方法。该方法先选定水平方向上参考点的气溶胶和大气分子的比相函数值，测得并认定参考点上的气溶胶后向散射系数值与各散射角处的相等，再将其与CCD相机各像素的偏角(θ)、角宽度(dθ)、CCD相机和激光雷达发射光束的垂直距离(D)一起代入侧向激光雷达方程式
Figure BDA0001532317590000011
中，数值解出相邻点上的气溶胶比相函数后，将相邻点作为新的参考点，逐次求解，直至得到气溶胶比相函数的廓线，之后，先认定已得到的水平方向上的气溶胶比相函数值与垂直方向上的相等，测得作为参考点的某高度处气溶胶后向散射系数值，再采用前述方法得到气溶胶后向散射系数的廓线。它虽可用于对气溶胶的探测，却也存在着缺少实现的硬件基础支撑之不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便携，使用方便的基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为，基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置包括与计算机电连接的CCD相机组件和激光组件，特别是：
所述CCD相机组件和激光组件位于俯仰扫描云台上；
所述俯仰扫描云台为云台底板上自下而上依次置有的水准显示器、俯仰扫描固定旋钮、俯仰扫描旋钮和与其动配合连接的俯仰转动臂，以及指针和配套的角度盘；
所述CCD相机组件为相机组件底板上置有的方位涡轮蜗杆副、俯仰涡轮蜗杆副和CCD相机，其中，方位涡轮蜗杆副与相机组件底板固定连接，俯仰涡轮蜗杆副的壳体与方位涡轮蜗杆副的输出轴连接，CCD相机与俯仰涡轮蜗杆副的输出轴连接，方位涡轮蜗杆副上附有方位微调旋钮，俯仰涡轮蜗杆副上附有俯仰微调旋钮；
所述激光组件为激光组件下底板上置有的弹簧垫圈、激光组件上底板、光路微调螺钉和激光器，其中，光路微调螺钉经激光组件上底板和弹簧垫圈与激光组件下底板上的螺母动配合连接。
作为基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置的进一步改进：
优选地，俯仰转动臂的一端经左折叠销与相机折叠臂动配合连接、另一端经右折叠销与激光器折叠臂动配合连接。
优选地，俯仰扫描云台经云台固定螺钉与三角架固定连接。
优选地，三角架的三只脚端均置有支脚。
优选地，相机组件底板经相机组件固定螺钉与俯仰转动臂固定连接。
优选地，激光组件下底板经激光组件固定螺钉与俯仰转动臂固定连接。
采用这样的结构后，本装置既能结合计算机中驻有的实现基于CCD成像技术的侧向激光雷达测量气溶胶参数的方法的程序，探测近地面大气气溶胶后向散射的时、空分布——能有效地探测距离20-2000米、俯仰角扫描范围5-90°内的气溶胶参数，这些数据对于环境评估、预报及治理等是非常重要的；又有着结构简单、便携，使用方便的特点。
附图说明
图1是本发明的一种基本结构示意图。
图2是本发明中CCD相机组件的一种基本结构示意图。
图3是本发明中俯仰扫描云台的一种基本结构示意图。
图4是本发明中激光组件的一种基本结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
参见图1、图2、图3和图4，基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置的构成如下：
俯仰扫描云台4上置有与计算机10电连接的CCD相机组件1和激光组件6；其中：
俯仰扫描云台4为云台底板45上自下而上依次置有的水准显示器47、俯仰扫描固定旋钮44、俯仰扫描旋钮43和与其动配合连接的俯仰转动臂42，以及指针48和配套的角度盘41；其中的俯仰转动臂42的一端经左折叠销3与相机折叠臂2动配合连接、另一端经右折叠销5与激光器折叠臂7动配合连接。
计算机10中驻有实现基于CCD成像技术的侧向激光雷达测量气溶胶参数的方法的程序和CCD相机11、激光器61的测控程序。
CCD相机组件1为相机组件底板15上置有的方位涡轮蜗杆副16、俯仰涡轮蜗杆副12和CCD相机11；其中的相机组件底板15经相机组件固定螺钉14与俯仰转动臂42的延长臂——相机折叠臂2的端部固定连接，方位涡轮蜗杆副16与相机组件底板15固定连接，俯仰涡轮蜗杆副12的壳体与方位涡轮蜗杆副16的输出轴连接，CCD相机11与俯仰涡轮蜗杆副12的输出轴连接，方位涡轮蜗杆副16上附有方位微调旋钮17，俯仰涡轮蜗杆副12上附有俯仰微调旋钮13。
激光组件6为激光组件下底板64上置有的弹簧垫圈65、激光组件上底板63、光路微调螺钉62和激光器61，其中的激光组件下底板64经激光组件固定螺钉66与俯仰转动臂42的延长臂——激光器折叠臂7的端部固定连接，光路微调螺钉62经激光组件上底板63和弹簧垫圈65与激光组件下底板64上的螺母动配合连接。
前述的俯仰扫描云台4经云台固定螺钉46与三角架8固定连接。三角架8的三只脚端均置有支脚9。
本装置探测气溶胶时，在计算机10的总体控制下，激光器61发出的激光射向大气，由于大气中的气溶胶和分子对激光有散射作用，故CCD相机11能接收到不同高度上的激光束产生的散射光，成像后交由计算机10进行采集和存贮。为了有效地扣除背景光的干扰，在探测的过程中，CCD相机11先是每拍一张有激光时的照片后，就要立即拍一张无激光时的照片，并将这两张照片对应像素上的灰度值相减，以有效地扣除背景光的干扰；再测量CCD相机11镜头至激光光束之间的距离后，利用基于CCD的激光雷达公式，就可反演出大气气溶胶的后向散射系数廓线，具体的反演步骤如现有技术——基于CCD成像技术的侧向激光雷达测量气溶胶参数的方法中所述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置，包括与计算机(10)电连接的CCD相机组件(1)和激光组件(6)，其特征在于：
所述CCD相机组件(1)和激光组件(6)位于俯仰扫描云台(4)上；
所述俯仰扫描云台(4)为云台底板(45)上自下而上依次置有的水准显示器(47)、俯仰扫描固定旋钮(44)、俯仰扫描旋钮(43)和与其动配合连接的俯仰转动臂(42)，以及指针(48)和配套的角度盘(41)；
所述CCD相机组件(1)为相机组件底板(15)上置有的方位涡轮蜗杆副(16)、俯仰涡轮蜗杆副(12)和CCD相机(11)，其中，方位涡轮蜗杆副(16)与相机组件底板(15)固定连接，俯仰涡轮蜗杆副(12)的壳体与方位涡轮蜗杆副(16)的输出轴连接，CCD相机(11)与俯仰涡轮蜗杆副(12)的输出轴连接，方位涡轮蜗杆副(16)上附有方位微调旋钮(17)，俯仰涡轮蜗杆副(12)上附有俯仰微调旋钮(13)；
所述激光组件(6)为激光组件下底板(64)上置有的弹簧垫圈(65)、激光组件上底板(63)、光路微调螺钉(62)和激光器(61)，其中，光路微调螺钉(62)经激光组件上底板(63)和弹簧垫圈(65)与激光组件下底板(64)上的螺母动配合连接；
本装置探测气溶胶时，在计算机(10)的总体控制下，激光器(61)发出的激光射向大气，由于大气中的气溶胶和分子对激光有散射作用，故CCD相机(11)能接收到不同高度上的激光束产生的散射光，成像后交由计算机(10)进行采集和存贮； 为了有效地扣除背景光的干扰，在探测的过程中，CCD相机(11)先是每拍一张有激光时的照片后，就要立即拍一张无激光时的照片，并将这两张照片对应像素上的灰度值相减，以有效地扣除背景光的干扰；再测量CCD相机(11)镜头至激光光束之间的距离后，利用基于CCD的激光雷达公式，就可反演出大气气溶胶的后向散射系数廓线。
2.根据权利要求1所述的基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置，其特征是俯仰转动臂(42)的一端经左折叠销(3)与相机折叠臂(2)动配合连接、另一端经右折叠销(5)与激光器折叠臂(7)动配合连接。
3.根据权利要求1所述的基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置，其特征是俯仰扫描云台(4)经云台固定螺钉(46)与三角架(8)固定连接。
4.根据权利要求3所述的基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置，其特征是三角架(8)的三只脚端均置有支脚(9)。
5.根据权利要求1所述的基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置，其特征是相机组件底板(15)经相机组件固定螺钉(14)与俯仰转动臂(42)固定连接。
6.根据权利要求1所述的基于CCD的近地面扫描式气溶胶探测装置，其特征是激光组件下底板(64)经激光组件固定螺钉(66)与俯仰转动臂(42)固定连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7495774B2 (en) * 2002-03-01 2009-02-24 Michigan Aerospace Corporation Optical air data system
CN105137414B (zh) * 2015-07-23 2017-10-24 中国人民解放军陆军军官学院 一种用于侧向激光雷达测量气溶胶参数的测量装置
CN106018346A (zh) * 2016-05-09 2016-10-12 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 气溶胶散射相函数观测装置及观测方法
CN106066310B (zh) * 2016-06-06 2019-04-02 北京大学 一种气溶胶相函数观测系统及其观测方法
CN205786312U (zh) * 2016-06-06 2016-12-07 北京大学 一种气溶胶相函数观测系统
CN107014307A (zh) * 2017-04-17 2017-08-04 深圳广田机器人有限公司 三维激光扫描仪以及三维信息的获取方法

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