CN209992667U - 一种基于分割透镜的激光雷达装置及探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于分割透镜的激光雷达装置及探测系统，包括激光发射装置、回波信号接收装置、透镜和挡板，激光发射装置和回波信号接收装置分别设置在挡板的两侧，挡板将透镜分割成两个半透镜，其中一半透镜作为激光发射装置的发射透镜，另一半透镜作为回波信号接收装置的接收透镜。本实用新型采用分割的大口径半透镜设计，实现较高的信噪比；发射装置和接收装置较小的间隔，减小探测盲区；发射装置和接收装置的完全光学隔离，提高探测灵敏度；利用较少的光学校准元件实现光路的准直、聚焦；模块化分体设计，整体耗能低,便携且易于安装和维护；紧凑的结构、小型化的外观，且底座角度可调，用于不同方位的探测。

Description

一种基于分割透镜的激光雷达装置及探测系统

技术领域

本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种基于分割透镜的激光雷达装置及探测系统。

背景技术

目前，一般的离轴式激光雷达，发射装置和接收装置之间有较大的间隔，因而会产生较大的盲区，需要一定的距离来实现完全重叠；而一般的同轴式激光雷达，虽然可减小盲区，但发射装置和接收装置之间没有进行完全的光学隔离，较易引起近场饱和现象，且受相关机械件带来的遮拦影响，无法实现探测盲区的最小化和信噪比的最大化。

现有的激光雷达装置发射端的激光器体积较大，成本较高且驱动系统较为复杂；接收装置的望远镜口径往往比发射装置的口径大几倍；发射装置和接收装置需要一定数量的光学元件进行光路的扩束、准直，且发射端的激光器和接收端的探测器体积较大，发射端和接收端之间的间隔无法做得很小，导致整个光学系统体积较大，激光雷达设备看起来较为庞大笨重。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于分割透镜的激光雷达装置及探测系统，通过将一片大口径透镜从中线分割成两半分别作为发射装置和接收装置，可提高探测信噪比；发射端采用体积较小且成本较低的激光器，接收端采用光电探测器，可使发射装置和接收装置之间的间隔变小，从而有效减小探测盲区；同时利用挡板将收发光路完全隔离，可避免近场饱和现象；设备的整体体积和重量减小，便携且降低了产品的整体成本；各部件模块化设计，实现整体装置的低功耗，并可准确获得测量范围内的云高、云量、气溶胶分布等情况，改变了大气探测激光雷达笨重且成本昂贵的现状，可加速实现大气探测激光雷达设备在全国范围内的普及和利用。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：包括激光发射装置 11、回波信号接收装置12、透镜和挡板3，所述激光发射装置11和所述回波信号接收装置12分别设置在所述挡板3的两侧，所述挡板3设置在所述透镜上，所述挡板3将所述透镜分割成两个半透镜，其中一半透镜作为激光发射装置的发射透镜201，另一半透镜作为回波信号接收装置的接收透镜202。

优选的，所述激光发射装置11包括扩束准直器22、用于发射激光脉冲的激光器20和第一滤光片21，所述回波信号接收装置12包括探测器23、光学望远镜25和第二滤光片24，所述第二滤光片24设置在所述探测器23和所述光学望远镜25之间，还包括信号采集装置13，所述信号采集装置13包括数据采集卡26和嵌入式板卡27，所述数据采集卡26分别与所述激光器20、探测器23和嵌入式板卡27信号连接，所述嵌入式板卡27分别与所述探测器23和所述激光器20信号连接。

优选的，所述激光器20设置在所述发射透镜201的焦点处，所述探测器 23设置在所述接收透镜202的焦点处。

优选的，还包括光纤4，所述光纤4分别与所述激光器20和探测器23连接，所述光纤4的端面分别设置在所述发射透镜201和所述接收透镜202的焦点处。

优选的，还包括可调整角度的底座。

优选的，所述激光发射装置11、回波信号接收装置12和信号采集装置 13皆采用模块化设计。

一种探测系统，包括上述任一所述的基于分割透镜的激光雷达装置。

通过实施以上技术方案，具有以下技术效果：本实用新型提供的基于分割透镜的激光雷达装置及探测系统，采用创新型的分割透镜设计，通过挡板将一片大口径透镜从中线分割成两个半透镜，其中一半作为激光发射装置的发射透镜，另一半作为回波信号接收装置的接收透镜，两个装置激光发射装置和回波信号接收装置具有焦距一致性；发射激光器和接收探测器分别置于两个半透镜的焦点处，无需附加的光学元件对收发光路进行校准，可最小化光学元件数量；透镜的镜片口径较大，可提高光学信噪比；激光器和探测器体积较小，间隔大大缩小，可使探测盲区变小，实现重叠因子的最大化；激光发射装置和回波信号接收装置中间采用挡板进行完全隔离，可有效防止漏光现象；各部件采用模块化设计，易于安装和维护，整体装置可实现低功耗；各器件占用空间较少，结构紧凑，整体体积较小且重量轻，方便运输和操作人员搬抬、安装；可实现无人值守，全天候测量，测量结果自动上传至云平台，共享给客户端的智能效果。

附图说明

图1为本实用新型提供的激光雷达装置的部分结构示意图；

图2为本实用新型提供的增加了光纤的激光雷达装置的部分结构示意图；

图3为本实用新型提供的探测系统的架构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。

本实用新型提供一种基于分割透镜的激光雷达装置，如附图1-2所示，包括激光发射装置11、回波信号接收装置12、透镜和挡板3，在本实施例中，优选的，所述透镜为一片大口径透镜，所述透镜可以为球面透镜，也可以为非球面透镜，所述透镜的镜片口径较大，所述挡板3设置在所述透镜上，所述挡板3将所述透镜分割成两个半透镜，本实施例采用分割的大口径半透镜设计，可实现较高的信噪比。

所述激光发射装置11和所述回波信号接收装置12分别设置在所述挡板3 的两侧，实现发射装置和接收装置较小的间隔，可减小探测盲区；所述挡板3 将所述透镜分割成两个半透镜，其中一半透镜作为激光发射装置的发射透镜 201，另一半透镜作为回波信号接收装置的接收透镜202，通过挡板3实现发射装置和接收装置的完全光学隔离，提高探测灵敏度。

在上述实施例的基础上，在其他实施例中，进一步的，所述激光发射装置11包括扩束准直器22、用于发射激光脉冲的激光器20和第一滤光片21，所述回波信号接收装置12包括探测器23、光学望远镜25和第二滤光片24，所述第二滤光片24设置在所述探测器23和所述光学望远镜25之间。

所述基于分割透镜的激光雷达装置还包括信号采集装置13，如图3所示，所述激光发射装置11用于发射脉冲激光束，所述回波信号接收装置12用于接收大气对激光的后向散射信号并把光信号转换为电信号，所述的信号采集装置13用于接收上述电信号。在本实施例中，更为具体的，所述信号采集装置13包括数据采集卡26和嵌入式板卡27，所述数据采集卡26分别与所述激光器20、探测器23和嵌入式板卡27信号连接，所述嵌入式板卡27分别与所述探测器23和所述激光器20信号连接。所述扩束准直器22将单脉冲能量微焦级激光束进行准直扩束，经扩束后的激光在任意垂直传播方向的截面上的功率密度符合激光人眼安全标准，保障人眼安全。

在上述实施例的基础上，在其他实施例中，更进一步的，如图1所示，所述激光器20设置在所述发射透镜201的焦点处，所述探测器23设置在所述接收透镜202的焦点处，保证了发射装置和接收装置具有焦距一致性，缩小了所述激光器20和所述探测器23的间隔距离，无需附加的光学元件对收发光路进行校准，可最小化光学元件的数量。所述激光器20在发射透镜201 的焦点处发射激光束，经过所述发射透镜201后被准直成发射光，所述发射光与大气中的颗粒物发生作用后，产生后向散射回波信号，所述回波信号即是发射光与大气中的颗粒物发生作用产生的后向散射光束，所述回波信号经过所述接收透镜202后被聚焦到所述接收透镜202的焦点处，被所述探测器 23所接收。在本实施例中，优选的，所述激光器20为发射微焦级高重频光脉冲的激光器，采用高重频，可以提高信噪比，探测到更远距离的信号。

在上述各实施例的基础上，在其他实施例中，更进一步的，为更近一步的所缩小所述激光器20和所述探测器23的距离，如图2所示，设置光纤4 分别与所述激光器20和探测器23连接，所述光纤4的端面分别设置在所述发射透镜201和所述接收透镜202的焦点处。利用所述光纤4的光束引导作用，将所述激光器20发射的激光光束通过所述光纤4引导至所述发射透镜201 的焦点处，将通过接收透镜202的回波信号通过光纤引导至所述探测器23上。由此更近一步的缩小发射装置和接收装置之间的间隔距离，从而有效减小探测盲区。

在上述各实施例的基础上，在其他实施例中，还包括可调整角度的底座，通过调整底座的角度可实现不同方位的云高云量探测，及气溶胶的产生和消散过程。在本实施例中，优选的，所述激光发射装置11、回波信号接收装置 12和信号采集装置13皆采用模块化设计，整体装置可实现低功耗，激光器和探测器体积较小，各器件占用空间较少，结构紧凑，整体体积较小，制造成本低，便携且易于安装和维护。所述激光雷达装置具有IP65(IngressProtection 65)防护等级，其外壳进行了防腐蚀处理，以适应户外风霜雨雪的环境条件。

一种探测系统，包括上述任一实施例所述的基于分割透镜的激光雷达装置。所述探测系统还还包括通讯系统和供电系统，该通讯系统为无线数据传输系统或有线数据传输系统，所述无线数据传输系统包括GPRS(General Packet Radio Service)通信模块、WiFi(WIreless-Fidelity)网络模块，所述有线数据传输系统为网线或串口线或光纤。所述供电系统为市电电网，或采用风能、太阳能或风光互补系统。

以上对本实用新型实施例所提供的一种基于分割透镜的激光雷达装置及探测系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种基于分割透镜的激光雷达装置，其特征在于，包括激光发射装置(11)、回波信号接收装置(12)、透镜和挡板(3)，所述激光发射装置(11)和所述回波信号接收装置(12)分别设置在所述挡板(3)的两侧，所述挡板(3)设置在所述透镜上，所述挡板(3)将所述透镜分割成两个半透镜，其中一半透镜作为激光发射装置的发射透镜(201)，另一半透镜作为回波信号接收装置的接收透镜(202)，所述激光发射装置(11)包括扩束准直器(22)、用于发射激光脉冲的激光器(20)和第一滤光片(21)，所述回波信号接收装置(12)包括探测器(23)、光学望远镜(25)和第二滤光片(24)，所述第二滤光片(24)设置在所述探测器(23)和所述光学望远镜(25)之间，还包括信号采集装置(13)，所述信号采集装置(13)包括数据采集卡(26)和嵌入式板卡(27)，所述数据采集卡(26)分别与所述激光器(20)、探测器(23)和嵌入式板卡(27)信号连接，所述嵌入式板卡(27)分别与所述探测器(23)和所述激光器(20)信号连接。

2.根据权利要求1所述的基于分割透镜的激光雷达装置，其特征在于，所述激光器(20)设置在所述发射透镜(201)的焦点处，所述探测器(23)设置在所述接收透镜(202)的焦点处。

3.根据权利要求1所述的基于分割透镜的激光雷达装置，其特征在于，还包括光纤(4)，所述光纤(4)分别与所述激光器(20)和所述探测器(23)连接，所述光纤(4)的端面分别设置在所述发射透镜(201)和所述接收透镜(202)的焦点处。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于分割透镜的激光雷达装置，其特征在于，还包括可调整角度的底座。

5.根据权利要求1所述的基于分割透镜的激光雷达装置，其特征在于，所述激光发射装置(11)、回波信号接收装置(12)和信号采集装置(13)皆采用模块化设计。

6.一种探测系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的基于分割透镜的激光雷达装置。

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