CN207540972U - 一种可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，包括：激光雷达；车辆载体具有与所述激光雷达大小相匹配的容置空间；三维扫描装置设于所述激光雷达的上部，具有两个倾斜且相互平行的反射镜，分别为第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜能够在水平传动机构的带动下实现0至360度转动，所述第二反射镜在竖直转动机构的带动下实现0至180度的转动，所述激光雷达发射的激光通过所述第一反射镜和第二反射镜反射后射出。本实用新型的目的是提供一种能够采集并测量气体三维浓度分布的可移动式激光雷达。

Description

一种可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是先向目标发射探测激光光束，之后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，以获得目标位置的相关信息，如目标位置的大气成分的浓度、大气移动速度、大气浓度等。

现代进行大气污染监测的方法主要有以下几类：1)分光光度分析法,主要包括紫外可见光分光光度法和原子吸收分光光度法。紫外可见光光度法是基于分子选择性地吸收光谱的数目、形状、波长等因素，进行定量分析的方法。原子吸收分光光度法是一种基于元素定量分析的方法；2)色谱分析法，它的工作原理是利用流动相合固定相的分配系数，对吸附能力存在差别的部分进行检测.再由色谱曲线对样品进行定量和定性分析。目前色谱分析法主要包括气相色谱法、高效液相色谱法和离子色谱法；3)电感耦合等离子体质谱仪法，它主要由等离子体发生器、雾化室、离子探测器和收集器构成。由以上的集中探测方法也衍生出各种各样的探测仪器，而这些探测仪器主要放置于固定站房、实验室、流动监测车内，来探测近地面的大气污染。

目前除了对近地面的污染状况进行监测之外，还衍生出一些遥感监测方法，如采用卫星进行大面积的污染状况评估；采用探空气球搭载相应仪器进行重点区域高空污染监测等等。然而，卫星本身存在的小尺度污染状况监测不够准确，探空仪存在着时间分辨率差，无法在城市内部进行释放等问题，因而发展流动式、能够多维监测大气污染的遥感探测手段成为一项急需解决的难题。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提供一种能够采集并测量气体三维浓度分布的可移动式激光雷达。

本实用新型提供的一种可测量三维浓度分布的走航激光雷达系统，包括：

激光雷达；

车辆载体，具有与所述激光雷达大小相匹配的容置空间；

三维扫描装置，设于所述激光雷达的上部，具有两个倾斜且相互平行的反射镜，分别为第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜能够在水平传动机构的带动下实现0至360度转动，所述第二反射镜在竖直转动机构的带动下实现0至180度的转动，所述激光雷达发射的激光通过所述第一反射镜和第二反射镜的反射后射出。

可选地，所述车辆载体内部还设有气体分析仪。

可选地，所述激光雷达和/或气体分析仪与车辆载体的接触面上设有减震器。

可选地，所述车辆载体内部还设有温度传感器和/或湿度传感器。

可选地，所述车辆载体内部还设有空调系统。

可选地，所述车辆载体上设有定位装置。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型的可测量三维浓度分布的走航激光雷达系统，包括车辆载体、激光雷达和与激光雷达发射光出口连接的三维扫描装置，激光雷达设于车辆载体内的容置空间内，三维扫描装置设于激光雷达的上部，通过上述结构实现了移动三维大气数据采集，测量的空间范围增大，更容易分析出大气气体在空间的流向，对于气体来源的分析更简单和直观，对应急突发状况、巡视可疑污染源、量化污染输送等方面起到了很好的应用效果；另外，三维扫描装置的结构设计合理，保证了三维扫描的稳定性，扫描结果更准确。

2.本实用新型的可测量三维浓度分布的走航激光雷达系统，在载体车辆内部设有温度传感器和/或湿度传感器及空调系统，可实时观测并记录激光雷达所处的工作环境情况，并使其处于适宜的工作温度范围。

3.本实用新型的激光雷达及气体分析仪的底部设有减震器，避免在车辆移动的过程中出现颠簸而损坏仪器或对系统测试造成干扰。

4.本实用新型的可测量三维浓度分布的走航激光雷达系统，还设有定位装置，通过走航+三维气体雷达数据+高精度的定位装置可以非常直观的在地图中显示区域范围内的气体分布信息，数据更加直观。

5.本实用新型的可测量三维浓度分布的走航激光雷达系统，受限于激光雷达本身存在的盲区(一般大于50m)，结合车载气体分析仪可以形成空天一体式监测数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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。

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为三维扫描装置结构示意图；

图3为三维扫描方向示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供的一种可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，参见图1所示，包括一台经过改装的车辆10，其内部空间(或可使用空间)与激光雷达20相融合，车辆本身的速度限定不超过80km/h。

另外，在激光雷达与车辆载体的接触面之间装有减震器106，减震装置采用弹簧式减震结构，能够有效的防止车在遇到坑洼不平的路面时导致的仪器的硬损坏。同时在车内部增加4根支撑结构，使车顶的支撑能力提高到800kg以上有效降低不良路况对系统测试的干扰及损坏。

参见图2所示，上述激光雷达20出光口的对应位置设有三维扫描装置30，三维扫描装置30与车辆10顶部相嵌套，该三维扫描装置具体包括竖直传动系和水平传动系，竖直传动系包括第一转筒5，第一转筒5的下端部与第一涡轮2通过螺钉固定连接，第一涡轮2与第一蜗杆1啮合，第一蜗杆1通过竖直传动电机驱动转动，电机轴转动带动第一蜗杆1和第一涡轮2转动；第一转筒5的上端部通过螺钉与第一锥齿轮9固定连接，第一锥齿轮9又与第二锥齿轮18成直角状啮合，第二锥齿轮18通过螺钉与第三转筒11的一端面固定连接；水平传动系包括第二转筒6，第二转筒6的下端部与第二涡轮4通过螺钉固定连接，第二涡轮4与第二蜗杆3啮合，第二蜗杆3通过水平传动电机驱动转动，电机轴转动带动第二蜗杆3和第二涡轮4转动，从而带动第二转筒6水平方向周向转动，第二转筒6的上端面通过螺钉与水平转板15固定连接，竖直连接板16设于水平转板15上，水平转板15的一侧与竖直连接板16一侧成直角固定连接或直角一体成型，竖直连接板16中央设有一成型通孔，第三转筒11的另一端面穿过竖直连接板16上的通孔，第三转筒11可在该通孔内转动。扫描电机的转速不高，一般不超过60转/min。

水平转板15上加设一后反射镜支架22，后反射镜支架22的后侧面与水平面成一定倾角，第一反射镜17固定在上面，且第一反射镜17的反射面朝内；第三转筒11的前端面固定连接扫描头转板12，扫描头转板12与竖直连接板16平行设置，前反射镜支架23与扫描头转板12固定连接，前反射镜支架23的前侧面与水平面成一定角度，第二反射镜13固定在上面，其反射面朝内，前后两个反射镜13，17相互平行且倾斜45度放置，其投影到水平面的圆直径为310mm，反射镜采用k9玻璃，厚度为50mm；固定板7设于两组涡轮蜗杆上部，第二转筒6穿过固定板7上的成型通孔，固定板7与第二转筒6的接触面上设有角接触轴承19，固定板7与水平转板15之间设有外壳，该外壳的下端部又与固定板7通过螺钉固定连接；扫描头转板12与第二锥齿轮18之间，且环第三转筒11外壁设有深沟球轴承21及相适配的轴承座。

通过上述三维扫描装置，第一反射镜17和第二反射镜13能够在水平传动系的带动下实现0至360度转动，第二反射镜13在竖直转动系的带动下实现0至180度的转动。具体参见图3，水平旋转时，水平扫描角度的范围为0°～360°(以Ox为起始点，逆时针在xOy转一圈为360°)，可一直旋转，无需在进行下一圈时退回起始点，角速度为8°/s；垂直扫描角度的范围为5°～175°(以Oy为起始点，逆时针在yOz转一圈为360°)，角速度为8°/s。

本实施例中，在雷达车辆或者激光雷达内部装有高精度GPS定位装置101，实时监测雷达车的位置并记录，本实施例的定位装置选用北京瑞芬星通有限公司生产的GP208T型北斗GPS定位定向板卡，其单点定位精度达到2m，定向精度为0.2°，可以根据此GPS提供的信息结合商业地图重构出雷达车的运行轨迹；同时，在雷达车或者激光雷达内部装有可调整内部温度的空调102，使激光雷达在工作时处于适宜温度范围，本实施例的空调系统，选用苏州海派特热能设备有限公司的HCc-200型一体式工业空调，空调的制冷量为2000W，其直接嵌入到改装车车体的后方，在空调外部增加可通风的防护罩，这样可以节省车内部空间也可保持车的美观性；雷达车或者激光雷达内部还装有温度传感器103和湿度传感器104，通过温、湿度传感器，可以实时监测雷达车内部的温湿度数据，必要时及时开启空调的控温、控湿功能，使探测激光雷达工作在一个合适的环境中。

本实施例中，在雷达车内部装有能够测量地面不同气体成分的浓度的气体分析仪105，作为对比测试仪器(误差一般小于10％)。

另外，系统中的激光雷达20、车顶的三维扫描装置30、气体分析仪105、温度传感器103、湿度传感器104、内部空调系统102及高精度GPS定位装置101都可以通过一个综合控制软件进行控制并显示，形成一个相对稳定的系统，该软件所能反演的结果包括但不限于原始信号廓线、距离平方信号廓线、大气颗粒物消光系数、大气颗粒物后向散射系数、污染物浓度廓线、信噪比等。

需要说明的是，本申请可用于大气臭氧探测、二氧化硫探测、二氧化氮探测及其它可应用于走航观测的激光雷达。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，其特征在于，包括：

激光雷达(20)；

车辆载体(10)，具有与所述激光雷达(20)大小相匹配的容置空间；

三维扫描装置(30)，设于所述激光雷达(20)的上部，具有两个倾斜且相互平行的反射镜，分别为第一反射镜(17)和第二反射镜(13)，所述第一反射镜(17)和第二反射镜(13)能够在水平传动机构的带动下实现0至360度转动，所述第二反射镜(13)在竖直转动机构的带动下实现0至180度的转动，所述激光雷达(20)发射的激光通过所述第一反射镜(17)和第二反射镜(13)反射后射出。

2.根据权利要求1所述的可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，其特征在于，所述车辆载体(10)内部还设有气体分析仪(105)。

3.根据权利要求1或2所述的可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达(20)和/或气体分析仪(105)与车辆载体(10)的接触面上设有减震器(106)。

4.根据权利要求3所述的可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，其特征在于，所述车辆载体(10)内部还设有温度传感器(103)和/或湿度传感器(104)。

5.根据权利要求1或4所述的可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，其特征在于，所述车辆载体内部还设有空调系统(102)。

6.根据权利要求1所述的可测量气体三维浓度分布的走航激光雷达系统，其特征在于，所述车辆载体上设有定位装置(101)。