CN209044061U - 一种可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达，光纤激光器具有输出连续光与脉冲光的两条光路；光纤激光器的输出脉冲光光路与光纤放大器的输入端连接，脉冲光经光纤放大器放大后与光纤环行器的输入端连接，后经光学望远镜将光扩束发散，同时接收大气气溶胶后向散射光，其回波信号通过光开关切换与APD探测器连接，并传输至采集卡；光纤激光器的输出连续光光路与光纤分束器的输入端A连接；当光开关切换至光纤分束器的输入端B时，光纤分束器将本振光和与接收到的大气气溶胶的后向散射光传输至平衡探测器及采集卡。本实用新型要提供一种可同时测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达。

Description

一种可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达

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大气气溶胶和大气风场的激光雷达。

背景技术

现有的激光雷达中,检测大气气溶胶和大气风场的激光雷达是两种类型的激光雷达，用于大气气溶胶的激光雷达,一般只能用于监测气溶胶,不能用于检测大气风廓线，用于大气风廓线测量的激光雷达, 一般也只能用于大气风廓线的测量,通过测量沿光束方向的径向风速, 来反演风廓线的各种数据，或者通过激光雷达载噪比，通过算法来反演大气气溶胶的具体数据,存在一定的误差和局限性。现有技术如果要实现大气气溶胶和大气风廓线数据的同步测量,则需要两种激光雷达一起工作才能实现，因此，使得设备也更为复杂，成本也更高。

实用新型内容

因此，本实用新型要提供一种可同时测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达。

本实用新型的一种可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达，

光纤激光器，具有输出连续光与脉冲光的两条光路；

所述光纤激光器的输出脉冲光光路与光纤放大器的输入端连接，脉冲光经光纤放大器放大后与光纤环行器的输入端连接，后经光学望远镜将光扩束发散，同时接收大气气溶胶后向散射光，其回波信号通过光开关切换与APD探测器连接，并传输至采集卡；

所述光纤激光器的输出连续光光路与光纤分束器的输入端A连接；

当光开关切换至光纤分束器的输入端B时，光纤分束器将本振光和与接收到的大气气溶胶的后向散射光传输至平衡探测器及采集卡。

可选地，所述光学望远镜的输出端连接有光学扫描头，所述光学扫描头可沿水平方向0－360度转动，垂直方向0－180度转动。

可选地，所述光纤激光器激光波长范围为1530nm至1565nm，线宽小于10KHz。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型可以快速测量大气气溶胶数据和风廓线数据,可实现大气气溶胶和大气风廓线数据的同步测量,大幅降低成本费用和雷达的复杂程度,提高工作效率；同时本发明的激光雷达可全天候7X24时不间断工作。

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为本实用新型的结构示意图一；

图2为本实用新型的结构示意图二。

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，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

本实施例的一种可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达，参见图1、图2所示，光纤激光器1输出两路光，一路光为连续光，光功率1mw左右，输出的连续光作为本振光接入到光纤分束器7的A端，一路光为脉冲光，相对连续光移频80MHz；本实施例的光纤激光器激光波长范围可以从1530至1565nm，线宽小于10KHz，一般为1550nm；输出的脉冲光接入2光纤放大器，光纤放大器2将脉冲光放大到200uj 左右，光纤放大器2输出的脉冲光接入到光纤环行器3，光纤环行器 3将脉冲光输出至光学望远镜4，光学望远镜4将光扩束发射出去，同时光学望远镜4接收大气气溶胶后向散射光；更优的，可通过在光学望远镜4的远端连接光学扫描头5，以实现雷达的扫描功能，光学扫描头5可以实现水平0-360度，垂直0-180度的扫描，扫描速度最快可达30/s，光学扫描头的水平及垂直向转动的具体实施方式为现有技术，在此不再敖述。光学望远镜5将接收的光传输到6光开关，光开关6实现接收光的切换，可分别将光切换传输到9APD探测器9 或者切换传输到光纤分束器7，光纤分束器7将本振光与接收的后向散射光传输至平衡探测器8；采集卡10采集平衡探测器8和APD探测器9输出的电信号，并将电信号转换成数字信号输出至工业计算机 11。工业计算机11，实现对光纤放大器2的开关控制，光学扫描头5 的状态控制，光开关6的状态控制，采集卡10的工作状态控制以及后续测量数据的处理运算，并将运算结果保存并输出。

当光开关6将接收光切换至APD检测器9时，探测信号为气溶胶本身的后向散射信号，与本振信号无关，APD检测器9将接收的光信号转换为电信号，将电信号接入采集卡10，采集卡10将电信号转换成工控机可以处理的数字信号。工控机将接收的信号进行数据处理与运算，此时反演可得出气溶胶的后向散射信号。结合光学扫描头5，可以对气溶胶实现快速扫描。

当光开关6将接收光切换传输到光纤分束器7时，光纤分束器7 将本振光与接收的后向散射光传输至平衡探测器8，本振光与接收光在平衡探测器8混频，平衡探测器8将混频光的差频信号输出到采集卡10，采集卡10将接收的差频信号进行快速傅立叶变换(FFT)，将时域信号转换为频域信号，可以得到接收光的频移信号，采集卡10 将变换之后的信号传输至工业计算机11，由工业计算机11对接收的信号进行数据处理与运算，可以得到沿光束方向的径向风速。通过工业计算机控制扫描头5进行至少东南西北4个方向的扫描，可以算出各个高度方向的水平风速、水平风向、垂直风速，从而可以得到风的高度廓线。通过工业计算机11控制扫描头5进行锥面扫描，可以得到风的锥面径向风速。通过工业计算机11控制扫描头5进行切面扫描，可以得到风的切面径向风速。

另外，防护外壳为IP65防护等级，内部装有自动化空调，外部装有雨刮，可全天候工作。通过工业计算机11可以控制光学扫描头 5和外部雨刮，对光学扫描头5定时进行清洁，保证仪器的工作状态。

除上述可测量大气风场和大气气溶胶的激光雷达，还可以在上述激光雷达的基础上加设温雷达测量系统，使其具有多功能性，整体结构更为紧凑。

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 (3)

1.一种可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达，其特征在于，

光纤激光器，具有输出连续光与脉冲光的两条光路；

所述光纤激光器的输出脉冲光光路与光纤放大器的输入端连接，脉冲光经光纤放大器放大后与光纤环行器的输入端连接，后经光学望远镜将光扩束发散，同时接收大气气溶胶后向散射光，其回波信号通过光开关切换与APD探测器连接，并传输至采集卡；

所述光纤激光器的输出连续光光路与光纤分束器的输入端A连接；

当光开关切换至光纤分束器的输入端B时，光纤分束器将本振光和与接收到的大气气溶胶的后向散射光传输至平衡探测器及采集卡。

2.根据权利要求1所述的可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达，其特征在于，所述光学望远镜的输出端连接有光学扫描头，所述光学扫描头可沿水平方向0－360度转动，垂直方向0－180度转动。

3.根据权利要求1所述的可测量大气气溶胶和大气风场的激光雷达，其特征在于，所述光纤激光器激光波长范围为1530nm至1565nm，线宽小于10KHz。