CN113075684B - 基于tdlas技术的新型沙氏大气激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TDLAS技术的新型沙氏大气激光雷达，能够在红外波段对大气中的气体进行探测。本发明包括第一函数发生器、激光器驱动、二极管激光器、第二函数发生器、准直系统、接收光学系统、锁相放大器、数据采集卡、PC端和机械式扫描探头装置。本发明将TDLAS技术中的波长调制光谱技术（WMS）与沙氏大气激光雷达技术相结合，并用机械式扫描探头装置取代图像探测器，从而提升系统灵敏度和分辨率，并增大探测波长范围，能够在红外波段对大气中的气体进行探测。
Description
技术领域
本发明涉及大气遥感探测技术领域，涉及一种基于TDLAS技术的新型沙氏大气激光雷达，能够在红外波段对大气中的气体进行探测。
背景技术
随着工业生产、交通运输行业的不断发展，大气环境也面领着严峻的挑战，各种大气污染物以及大气污染状况对人们的生存环境以及身体健康造成的危害日益严重。大气遥感探测技术及相关设备因其远距离、不接触式测量以及可自动操作等特点在大气污染监测中有着广泛的应用。
沙氏大气激光雷达(Scheimpflug lidar，简称SLidar)基于沙氏成像原理：利用当成像系统的物面与透镜不平行时，只要像面、物面及透镜所在平面三者相交于一条直线，依然可以对物面成清晰的像，可以实现用常规大口径成像系统难以实现的从近距离到远距离的大气后向散射信号的清晰成像和探测。以二氧化氮NO2为例，在大气探测中具有含量低、吸收截面小、后向散射信号弱的特点，因此其探测难度很大。
目前对大气中NO2的探测主要以传统脉冲式差分吸收激光雷达技术(DIAL)为主，不过这种技术由于需要两个甚至更多波长的光脉冲输出，因此需要采用纳秒量级的可调谐脉冲光源，对光源的要求很高，这对技术的实现和实际应用来说都是很大的挑战。而基于沙氏成像原理的连续波差分吸收激光雷达技术(CW-DIAL)利用高功率连续波二极管激光器作为光源，并利用高灵敏度的图像传感器作为大气激光雷达信号的探测器，在大气中二氧化氮的探测方面具有显著优势。但是，虽然CW-DIAL解决了DIAL存在的激光光源问题，但其在接收端的图像探测器方面依旧存在比较大的问题：
(1)图像探测器的分辨率高低理论上与其像素数量成正比，雷达系统就是利用像素序列获取不同距离上的大气回波信号的。但像素点越多，分辨率越高的图像探测器成本越高。例如索雷博的一款800万像素的VGA分辨率CCD摄像机，其价格高达4.5万元。
(2)由于图像探测器是利用面阵的多个像素点进行信号的探测的，因此其光照灵敏度不高，探测能力有限。
(3)目前沙氏激光雷达系统的接收单元多使用的是商业集成的CMOS图像传感器，但其噪声大，是系统噪声的主要来源之一，不利于下一步的信号处理分析。
(4)大部分图像探测器探测的大都是可见光波段的波长，在红外波段探测器的量子效率非常低甚至为0，这就对在中红外波段进行探测的激光雷达的后向散射信号的探测造成很大影响。若选择专门的红外波段图像探测器，不仅量子效率提高有限，价格更是呈几何倍数增加。
中红外波段作为很好的大气透射窗口，在分子吸收特性上也具有很大的优势。就NO2而言，目前其除了在可见光波段有一段吸收峰外，在中红外波段也有一段较强的吸收峰，相比于可见光波段的吸收峰，受白天大气背景噪声的影响更小，昼夜均可以进行探测。因此，对在中红外波段也有吸收峰的气体而言，选择在中红外波段探测其特性也具有非常大的研究前景。
本发明提出一种新型沙氏大气激光雷达，将TDLAS技术中的波长调制光谱技术(WMS)与沙氏大气激光雷达技术相结合，并用机械式扫描探头装置取代图像探测器，从而提升系统灵敏度和分辨率，并增大探测波长范围，能够在红外波段对大气中的气体进行探测。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于TDLAS技术的新型沙氏大气激光雷达技术，适用于在红外波段对大气中的气体进行探测。
本发明包括第一函数发生器、激光器驱动、二极管激光器、第二函数发生器、准直系统、接收光学系统、锁相放大器、数据采集卡、PC端和机械式扫描探头装置。
所述第一函数发生器用于产生低频信号，其接入激光器驱动，第二函数发生器用于产生高频信号，其分别接入二极管激光器与锁相放大器；
所述激光器驱动与二极管激光器相连接，控制二极管激光器的工作波长；二极管激光器经激光器驱动及第二函数发生器的混合作用后，发射激光至由准直系统中，激光准直后射入大气中；
所述接收光学系统收集激光经大气作用后的后向散射信号；
所述机械式扫描探头装置扫描接收光学系统收集的后向散射信号，并将收集到的信号接入锁相放大器中，利用TDLAS波长调制光谱技术，对机械式扫描探头装置收集到的各距离范围内的后向散射信号的整个谱线进行扫描，找到作用效果最明显、最适合数据分析的波段；
所述锁相放大器通过数据采集卡将找到的波段发送到PC端上进行数据的分析处理，根据激光雷达大气参数测量算法，获得大气中待测气体浓度信息、大气的后向散射系数和消光系数；
所述的机械式扫描探头装置包括第一光电二极管探头、第二光电二极管探头和高精度线性平移台，其中第一、第二光电二极管探头在高精度线性平移台两端，高精度线性平移台与驱动器相连接，由驱动器控制扫描装置转动。
进一步说，所述的接收光学系统由牛顿反射式望远镜与窄带滤光片构成。
本发明有益效果：
1、采用光电二极管探头+高精度线性平移台的机械式扫描探头装置代替传统的图像探测器。通过利用在反向偏置条件下基于PN结的光电效应工作的光电二极管，减少光生载流子渡越时间及结电容，从而获得较宽的线性输出和较高的响应频率，因此具有波长响应范围大、光电特性直线性好、频率响应程度高、受光面积小、灵敏度高、稳定性高等优点。所以，在一定程度上解决并改善了图像探测器存在的成本高、灵敏度低、干扰噪声大、探测波长范围受限等问题，使得整个系统能够实现更大波长范围、更高精度、更高灵敏度的大气后向散射回波信号的探测。再加上高精度线性平移台的使用，通过控制其旋转，能大量迅速地进行数据的采集，从而使系统实现更高扫描效率的大气后向散射回波信号的探测。
2、采用波长调制光谱技术(WMS)，通过对探测到的整个谱线进行扫描，从而能够找到最想要，也就是所探测气体对发射激光的作用效果相比较而言最好、最明显的波段，并对其进行下一步研究分析，形成了一种新型沙氏大气激光雷达技术，其具有灵敏度高、分辨率高等优点。
附图说明
图1是基于TDLAS技术的新型沙氏大气激光雷达技术的一种实施方案示意图；
图2是所设计的机械式扫描探头装置的结构示意图及原理分析图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所涉及的装置包括第一函数发生器1、激光器驱动2、二极管激光器3、第二函数发生器4、准直系统5、接收光学系统6、第一光电二极管探头7、第二光电二极管探头8、高精度线性平移台9、驱动器10、锁相放大器11、数据采集卡12、PC端13。
第一函数发生器1接入激光器驱动2，第二函数发生器4分别接入二极管激光器3与锁相放大器11中；激光器驱动2与二极管激光器3相连接，控制二极管激光器3的工作波长；二极管激光器3经激光器驱动2及第二函数发生器4的混合作用后，发射激光至由折射式望远镜构成的准直系统5中，激光准直后射入大气中；利用牛顿反射式望远镜与窄带滤光片构成的接收光学系统6收集经准直系统5后的发射激光经大气作用后的后向散射信号；第一光电二极管探头7、第二光电二极管探头8固定在高精度线性平移台9上，利用第一光电二极管探头7、第二光电二极管探头8及高精度线性平移台9组合而成的机械式扫描探头装置扫描接收光学系统6收集的后向散射信号，并将收集到的信号接入锁相放大器11中，其中高精度线性平移台9与驱动器10相连接，由驱动器10控制扫描装置转动，而驱动器10又与PC端13相连接，由PC端13控制；锁相放大器11将第二函数发生器4以及高精度线性平移台9的接入信号处理后，将输出信号接入数据采集卡12中；数据采集卡12与PC端13相连接，将采集到的数据发送到PC端13上进行数据的分析处理。根据现有的激光雷达大气参数测量算法，利用采集到的数据能够获得大气中待测气体浓度信息以及大气的后向散射系数、消光系数等信息。
整体的装置结构搭建依据沙氏大气激光雷达技术原理—沙氏成像原理：利用当成像系统的物面与透镜不平行时，只要像面、物面及透镜所在平面三者相交于一条直线，依然可以对物面成清晰的像。对本新型沙氏大气激光雷达系统而言，就是以激光器驱动和二极管激光器为主的发射端、牛顿反射式望远镜和窄带滤光片组成的接收端以及探测端—机械式扫描探头装置，这三者所在平面相交于一条直线，这样便可实现对发射激光射入大气作用后产生的后向散射信号的清晰成像和探测。
以探测吸收峰在红外波段3424nm左右的NO2为例进行说明：
由于所探测NO2的吸收峰在3424nm处，因此选择工作波长为3424nm的高功率(1-5W)连续波二极管激光器。与传统脉冲式激光雷达多使用的纳秒量级脉冲激光器Nd:YAG激光器相比，具有成本低、尺寸小、稳定性高、光谱可选择范围大等优点；选择与上述二极管激光器各参数指标相匹配的激光器驱动，能够精确控制二极管激光器芯片的温度和电流，从而调节二极管激光器的工作波长；选择焦距为1200mm、口径为127mm，即焦比为F9.4的折射式望远镜，将激光准直后发射到大气中；选择焦距为1200mm、口径为254mm的牛顿反射式望远镜，收集发射到大气中后被大气分子及颗粒物吸收和散射后发射激光的后向散射信号；选择工作波长覆盖激光器波长，即中心波长在3424nm附近、且透过率大于90％的窄带滤光片，滤去由上述牛顿反射式望远镜收集到的后向散射信号中的背景光信号；选择两个工作波长覆盖激光器波长，即探测波长范围包含3424nm及其附近波长、且在3424nm附近测量响应度较高的中红外光电二极管，作为后向散射信号的探测探头；选择具有高精度、高可靠性、高平稳性的高精度线性平移台，并将上述的两个光电二极管与之相组合并固定位置，从而实现对后向散射信号进行探测的机械式扫描探头装置。
本雷达的工作过程包括以下几个步骤：
步骤(1)开启第一函数发生器1、激光器驱动2、二极管激光器3、第二函数发生器4，将第一函数发生器1设置低频的锯齿波加载至激光器驱动2中，接着将第二函数发生器4设置高频的正弦波加载至二极管激光器3中，波长调制环节正是利用锯齿波和正弦波进行调制的。将激光器驱动2与二极管激光器3相连接，利用激光器驱动2精确控制二极管激光器3芯片的温度和电流，从而调节二极管激光器3的工作波长，使其控制在探测气体NO2的吸收波段3424nm左右。将二极管激光器3与折射式望远镜构成的准直系统5相连，激光经准直后发射到大气中，激光发射到大气中后会被大气分子及大气颗粒物吸收、散射，发射激光便会形成后向散射信号。
步骤(2)利用接收光学系统6对后向散射信号进行收集，先用大口径的牛顿反射式望远镜对后向散射信号进行收集，然后再用工作波长覆盖激光器波长，即中心波长在3424nm附近的窄带滤光片滤去背景光，最后由第一光电二极管探头7、第二光电二极管探头8、高精度线性平移台9组成的机械式扫描探头装置对滤去背景光的后向散射信号进行收集。
步骤(3)利用PC端13控制高精度线性平移台9的驱动，实现第一光电二极管探头7、第二光电二极管探头7、高精度线性平移台9组成的扫描探头装置的机械式转动。机械式扫描探头装置对后向散射信号数据的收集与分析原理如图2所示，当第一光电二极管探头7经高精度线性平移台9将位置由x0转动至x1时，此时第一光电二极管探头7对大气的探测距离也从y0变为了y1。进行n次转动扫描，得到第一光电二极管探头7的位置从x0转动至x1、x2、...xk时，探测距离从y0变为y1、y2、...yk的n组数据。将数据进行n次平均与数学反演，最后得到y0—yk距离范围内的后向散射信号数据。第二光电二极管探头8同理，通过对高精度线性平移台9的360°旋转，可以更加高效的得到不同距离处的信号数据。
步骤(4)将第二函数发生器4设置的高频正弦波以及机械式扫描探头装置收集到的各距离范围内的后向散射信号数据加载到锁相放大器11中，利用TDLAS波长调制光谱技术，对机械式扫描探头装置收集到的各距离范围内的后向散射信号的整个谱线进行扫描，找到作用效果最明显、最适合数据分析的波段，再将该信号数据利用数据采集卡12传送到PC端13上，利用相关的激光雷达大气参数测量算法进行进一步的处理分析，最后获得大气中待测气体浓度信息以及大气的后向散射系数、消光系数等信息。
综上，本发明提供了新型沙氏大气激光雷达技术，采用光电二极管和高精度线性平移台组合成的机械式扫描探头装置作为大气后向散射信号的探测装置，并结合波长调制光谱技术(WMS)，实现对远距离、更大波长范围的大气回波信号的探测，使得整个系统具有高精度、高灵敏度、高分辨率等优点，能够在红外波段对大气中的气体进行探测。
Claims (2)
1.基于TDLAS技术的新型沙氏大气激光雷达，包括第一函数发生器(1)、激光器驱动(2)、二极管激光器(3)、第二函数发生器(4)、准直系统(5)、接收光学系统(6)、锁相放大器(11)、数据采集卡(12)、PC端(13)和机械式扫描探头装置(14)，其特征在于：
所述第一函数发生器(1)用于产生低频信号，其接入激光器驱动(2)，第二函数发生器(4)用于产生高频信号，其分别接入二极管激光器(3)与锁相放大器(11)；
所述激光器驱动(2)与二极管激光器(3)相连接，控制二极管激光器(3)的工作波长；二极管激光器(3)经激光器驱动(2)及第二函数发生器(4)的混合作用后，发射激光至由准直系统(5)中，激光准直后射入大气中；
所述接收光学系统(6)收集激光经大气作用后的后向散射信号；
所述机械式扫描探头装置(14)扫描接收光学系统(6)收集的后向散射信号，并将收集到的信号接入锁相放大器(11)中，利用TDLAS波长调制光谱技术，对机械式扫描探头装置(14)收集到的各距离范围内的后向散射信号的整个谱线进行扫描，找到作用效果最明显、最适合数据分析的波段；
所述锁相放大器(11)通过数据采集卡将找到的波段发送到PC端(13)上进行数据的分析处理，根据激光雷达大气参数测量算法，获得大气中待测气体浓度信息、大气的后向散射系数和消光系数；
所述的机械式扫描探头装置(14)包括第一光电二极管探头(7)、第二光电二极管探头(8)和高精度线性平移台(9)，其中光电二极管探头(7)、光电二极管探头(8)在高精度线性平移台(9)两端，高精度线性平移台(9)与驱动器(10)相连接，由驱动器(10)控制扫描装置转动。
2.根据权利要求1所述的基于TDLAS技术的新型沙氏大气激光雷达，其特征在于：所述的接收光学系统(6)由牛顿反射式望远镜与窄带滤光片构成。
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|---|---|---|---|---|
| CN113835100A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-24 | 山东国耀量子雷达科技有限公司 | 一种基于电脉冲编码的多功能激光雷达系统 |
| CN113655464B (zh) * | 2021-09-28 | 2023-09-29 | 浙江师范大学 | 一种提高沙姆成像激光雷达空间分辨率的方法 |
Citations (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102590137A (zh) * | 2011-12-19 | 2012-07-18 | 浙江师范大学 | 一种血培养仪检测系统 |
| CN202404023U (zh) * | 2011-12-19 | 2012-08-29 | 浙江师范大学 | 便携式吸收光谱气体检测仪 |
| CN102662175A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-09-12 | 山东华辰泰尔信息科技股份有限公司 | 一种测量矿井瓦斯浓度分布的激光雷达装置及其工作方法 |
| CN103576162A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-02-12 | 中国科学院半导体研究所 | 激光雷达装置及利用该装置测量目标物距离的方法 |
| CN103630908A (zh) * | 2013-12-08 | 2014-03-12 | 中国科学技术大学 | 分子散射测风激光雷达中激光频谱反演方法及测量校准方法 |
| CN103698298A (zh) * | 2013-12-29 | 2014-04-02 | 哈尔滨工业大学 | 基于短腔腔增强关联光谱技术测量气体浓度的装置及采用该装置测量气体浓度的方法 |
| CN204536188U (zh) * | 2015-03-27 | 2015-08-05 | 浙江师范大学 | 一种基于相移光谱技术检测能见度的装置 |
| CN106124453A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-16 | 大连理工大学 | 一种no2浓度分布探测的装置和方法 |
| CN205826466U (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-21 | 大连理工大学 | 一种基于人眼安全的大气颗粒物分布探测的装置 |
| CN106597464A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 基于沙姆定律的扫描光谱激光雷达 |
| CN106772432A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-05-31 | 苏州四百克拉光电科技有限公司 | 基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描方法及装置 |
| CN107346062A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-11-14 | 大连理工大学 | 一种二极管激光器光束准直的方法 |
| CN206740648U (zh) * | 2016-07-29 | 2017-12-12 | 大连理工大学 | 一种no2浓度分布探测的装置 |
| CN207937595U (zh) * | 2018-01-18 | 2018-10-02 | 深圳市镭神智能系统有限公司 | 基于相位测距法的激光探测雷达光学系统 |
| CN108761486A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-11-06 | 大连理工大学 | 基于Scheimpflug原理的新型激光雷达系统 |
| CN108828625A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-11-16 | 安徽科创中光科技有限公司 | 一种沙式定理成像激光雷达反演大气能见度的装置及方法 |
| SE1830093A1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-04-23 | Neolund Ab | High Spectral Resolution Scheimpflug Lidar |
| CN208805573U (zh) * | 2018-08-27 | 2019-04-30 | 安徽科创中光科技有限公司 | 一种沙式定理成像激光雷达反演大气能见度的装置 |
| CN110456384A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-11-15 | 大连理工大学 | 一种小型化沙氏大气激光雷达系统 |
| CN111766609A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-13 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 移动分体式激光雷达 |
| CN212111798U (zh) * | 2020-04-01 | 2020-12-08 | 大连理工大学 | 一种新型的单基成像激光雷达系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10136856B2 (en) * | 2016-06-27 | 2018-11-27 | Facense Ltd. | Wearable respiration measurements system |
-
2021
- 2021-04-06 CN CN202110367113.5A patent/CN113075684B/zh active Active
Patent Citations (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202404023U (zh) * | 2011-12-19 | 2012-08-29 | 浙江师范大学 | 便携式吸收光谱气体检测仪 |
| CN102590137A (zh) * | 2011-12-19 | 2012-07-18 | 浙江师范大学 | 一种血培养仪检测系统 |
| CN102662175A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-09-12 | 山东华辰泰尔信息科技股份有限公司 | 一种测量矿井瓦斯浓度分布的激光雷达装置及其工作方法 |
| CN103576162A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-02-12 | 中国科学院半导体研究所 | 激光雷达装置及利用该装置测量目标物距离的方法 |
| CN103630908A (zh) * | 2013-12-08 | 2014-03-12 | 中国科学技术大学 | 分子散射测风激光雷达中激光频谱反演方法及测量校准方法 |
| CN103698298A (zh) * | 2013-12-29 | 2014-04-02 | 哈尔滨工业大学 | 基于短腔腔增强关联光谱技术测量气体浓度的装置及采用该装置测量气体浓度的方法 |
| CN204536188U (zh) * | 2015-03-27 | 2015-08-05 | 浙江师范大学 | 一种基于相移光谱技术检测能见度的装置 |
| CN206740648U (zh) * | 2016-07-29 | 2017-12-12 | 大连理工大学 | 一种no2浓度分布探测的装置 |
| CN106124453A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-16 | 大连理工大学 | 一种no2浓度分布探测的装置和方法 |
| CN205826466U (zh) * | 2016-07-29 | 2016-12-21 | 大连理工大学 | 一种基于人眼安全的大气颗粒物分布探测的装置 |
| CN106597464A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 基于沙姆定律的扫描光谱激光雷达 |
| CN106772432A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-05-31 | 苏州四百克拉光电科技有限公司 | 基于沙姆定律铰链原则的连续激光三维扫描方法及装置 |
| CN107346062A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-11-14 | 大连理工大学 | 一种二极管激光器光束准直的方法 |
| CN207937595U (zh) * | 2018-01-18 | 2018-10-02 | 深圳市镭神智能系统有限公司 | 基于相位测距法的激光探测雷达光学系统 |
| SE1830093A1 (en) * | 2018-03-21 | 2019-04-23 | Neolund Ab | High Spectral Resolution Scheimpflug Lidar |
| CN108761486A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-11-06 | 大连理工大学 | 基于Scheimpflug原理的新型激光雷达系统 |
| CN108828625A (zh) * | 2018-08-27 | 2018-11-16 | 安徽科创中光科技有限公司 | 一种沙式定理成像激光雷达反演大气能见度的装置及方法 |
| CN208805573U (zh) * | 2018-08-27 | 2019-04-30 | 安徽科创中光科技有限公司 | 一种沙式定理成像激光雷达反演大气能见度的装置 |
| CN110456384A (zh) * | 2019-09-18 | 2019-11-15 | 大连理工大学 | 一种小型化沙氏大气激光雷达系统 |
| CN212111798U (zh) * | 2020-04-01 | 2020-12-08 | 大连理工大学 | 一种新型的单基成像激光雷达系统 |
| CN111766609A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-13 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 移动分体式激光雷达 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Research on CO2 Detection System in Refrigerated Compartment of Agricultural Products Based on TDLAS Technology;Rui Zhang;Procedia CIRP;第429页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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