CN210222243U - 一种用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置 - Google Patents

一种用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置 Download PDF

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王章军
Xianxin Li
李先欣
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张锋
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李辉
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陈超
Xinzhao Chu
初鑫钊
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Abstract

本实用新型涉及大气、环境监测设备技术领域，具体为一种用于激光雷达的激光发射装置。一种用于激光雷达观测的三分束高精度激光发射装置，包括活动底座、分光发射组件和固定底座；所述的活动底座连接在固定底座上；所述的分光发射组件包括反射镜组件和分束镜组件；所述的反射镜组件包括第一反射镜组件、第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件；所述的第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件和分束镜组件安装在活动底座上；第一反射镜组件安装在活动底座的下方。本实用新型的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，可以实现将一束激光分为三个方向发射，同时实现三束光发射方向的高精度电动调节。

Description

一种用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置
技术领域
本实用新型涉及大气、环境监测设备技术领域，具体为一种用于激光雷达的激光发射装置。
背景技术
激光雷达是一种主动遥感监测设备，具有高时空分辨率、高测量精度等优势。近年来，随着激光技术和光电探测技术的发展，激光雷达逐渐应用于中高层大气的探测研究。为了满足激光雷达测量中高层大气三维风场的要求，需要激光雷达发射系统能够同时在三个方向（比如垂直、东向和北向）发射激光束，并能实现这三束光方向的高精度调节，以保证每个方向收发光轴的准直。
现有的激光雷达发射系统是单个方向发射的，需要对反射镜进行手动调节，这种方式是对单方向的激光雷达测量适用的，但当激光雷达用于测量大气风场时需要三个方向的观测数据来实现三维风场的反演，单个方向发射已经不再满足要求，需要设计将单个方向的激光转换为三个方向发射的装置，为了保证每个探测方向收发光轴的准直，提高信号的接收效率，需要三个方向的发射光束可以高精度调节。如果采用传统的手动调节方式，调节效率低，且容易对操作人员造成伤害。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种功能完善的用于激光雷达的，尤其是用于中高层大气风场探测激光雷达的三分束高精度激光发射装置，以满足激光雷达测量中高层大气三维风场的要求。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型主要采用了以下技术方案来：
一种用于激光雷达观测的三分束高精度激光发射装置，包括活动底座、分光发射组件和固定底座；所述的活动底座连接在固定底座上；所述的分光发射组件包括反射镜组件和分束镜组件；所述的反射镜组件包括第一反射镜组件、第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件；所述的第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件和分束镜组件安装在活动底座上；所述的第一反射镜组件安装在所述活动底座的下方。
进一步的，所述的第一反射镜组件和第二反射镜组件均与水平方向呈45度角进行安装，且在竖直方向上相对应；所述第一反射镜组件将激光源发射的激光反射至第二反射镜组件；所述的第二反射镜组件反射的光经分束镜组件分束后，分别经第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件发射出。
进一步的，所述的反射镜组件包括底座、镜架组件、反射镜片；所述的镜架组件安装在所述的底座上，所述的反射镜片安装在所述的镜架组件上。
进一步的，所述的镜架组件包括电动调节镜架组件和手动调节镜架组件，其中第一反射镜组件、第二反射镜组件上的镜架组件为手动调节镜架组件，第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件上的镜架组件为电动调节镜架组件。
进一步的，所述的电动调节镜架组件具有电动调节和手动调节两种模式。
进一步的，所述的分束镜组件包括第一分束镜组件和第二分束镜组件，所述的第一分束镜组件和第二分束镜组件均由底座、镜架和分束镜片组成，所述的镜架安装在所述的底座上，所述的分束镜片安装在所述的镜架上。
进一步的，所述的第一分束镜组件反射70%激光能量、透过30%激光能量；第二分束镜组件反射50%激光能量、透过50%激光能量。
进一步的，第一分束镜组件上的底座为电动调节底座，第二分束镜组件上的底座为手动调节底座。
进一步的，所述的活动底座包括光学发射平板和支架，所述的支架为可调节支架，由较细的上支架套在固定底座上较粗的下支架里组成；所述的光学发射平板固定在上支架的上端。
进一步的，所述的光学发射平板上均布有固定螺孔，用于固定所述的分光发射组件。
本实用新型的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，可以实现将一束激光分为三个方向发射，同时可以实现三束光发射方向的高精度电动调节。
附图说明
图1是本实用新型的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置的整体结构示意图；
图2是活动底座经调整升高后的示意图；
图3是电动调节镜架组件结构示意图；
图4是本实用新型的用于激光雷达的三分束高精度激光发射装置光路示意图；
图5和6是本实用新型的用于激光雷达的三分束高精度激光发射装置光路切换示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置进行详细的说明和阐述。
本实用新型的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，主要包括固定底座8、光学发射平板9、反射镜组件和分束镜组件；光学发射平板9通过上支架12和下支架13连接到固定底座8上。其中，上支架12套装在下支架13内，下支架13与固定底座8连接。较细的上支架12和较粗的下支架13构成了可进行升降调节的活动支架，并通过锁紧螺丝11将上支架12与下支架13固定。
如图1和图2所示，反射镜组件共有五组，分别是第一反射镜组件1、第二反射镜组件2、第三反射镜组件3、第四反射镜组件4以及第五反射镜组件5。其中，第二反射镜组件2、第三反射镜组件3、第四反射镜组件4以及第五反射镜组件5均安装在光学发射平板9上；第一反射镜组件1安装在光学发射平板9的下方。在第一反射镜组件1的正上方对应的光学发射平板9上开设有透光孔10。第一反射镜组件1和第二反射镜组件2均与水平方向呈45度角进行安装。
五组反射镜组件均由镜架组件和反射镜片组成；其中第一反射镜组件1和第二反射镜组件2的镜架组件为手动调节镜架组件，由底座和镜架组成，反射镜片安装在镜架上，镜架安装在底座上，该镜架设有手动调节旋钮，可手动调节反射镜片的方向。
第三反射镜组件3、第四反射镜组件4以及第五反射镜组件5的镜架组件为电动调节镜架组件。如图3所示，电动调节镜架组件包括反射镜片19、调节镜架20和接杆底座21。调节镜架20安装在接杆底座21上，反射镜片19安装在调节镜架20上。在调节镜架20上设有垂直方向调节旋钮14、水平方向调节旋钮15。为了实现镜架的电动调节，垂直方向调节旋钮14、水平方向调节旋钮15还分别连接有垂直方向电机16和、水平方向电机17。两个电机均为高精度步进电机，通过电控线缆18连接电机驱动器。通过电脑控制程序给电机驱动器发送控制指令，使得垂直方向电机16或水平方向电机17按照指定的步数动作，适用于小范围、高精度调节，从而实现对调节镜架20进行不同方向的调节，控制反射镜片19水平和垂直两个方向的指向，从而精确地控制激光的发射方向。
需要说明的是，调节镜架20可以进行电动调节和手动调节两种模式的切换。在手动调节模式下，通过手动调节垂直方向调节旋钮14与水平方向调节旋钮15来手动控制激光束的出射方向。
分束镜组件共有两组，分别是第一分束镜组件6和第二分束镜组件7。第一分束镜组件6由电动调节底座和分束镜架组成，分束镜架上安装有分束镜片。电动调节底座可以调节分束镜架使其倒下或竖起，从而调节第一分束镜组件6进入光路或离开光路。第二分束镜组件7由接杆底座和分束镜架组成，分束镜架安装在接杆底座上，分束镜片安装在分束镜架上。该接杆底座可以通过旋钮在垂直方向上进行手动调节。
如图1和2所示，在光学发射平板9上以1英寸的间隔均匀分布固定螺孔22。接杆底座21设有长槽。接杆底座21可以在光学发射平板9上灵活移动，找到最佳位置后，通过将螺栓穿过长槽进而穿过固定螺孔22将接杆底座21固定在光学发射平板9上。实现反射镜组件和分束镜组件安装位置的灵活调节。
本实用新型的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，工作原理如下所述：
参照图4所示，图4中箭头代表光线的发射方向，线的粗细代表激光的强弱。其中，M0、M1、M2、M3、M4分别代表第一反射镜组件1、第二反射镜组件2、第三反射镜组件3、第四反射镜组件4以及第五反射镜组件5。BS1代表第一分束镜组件6，BS2代表第二分束镜组件7。
由激光源发射的光经过M0反射后，穿过透光孔10经由M1反射，由BS1进行分束，透过30%的光经由M2反射发射到大气中，反射70%的光经过BS2进行分束，反射50%的光经由M4发射到大气中，透过50%的光经由M3发射到大气中。
图5为第一分束镜组件6的电动调节底座将BS1切换到光路中的三分束光路发射示意图，在此种模式下，有三束光经由M2、M3、M4发射到大气中。
图6为第一分束镜组件6的电动调节底座将BS1切换离开光路后的单束光路发射示意图，在此种模式下，只有一束光经由M2发射到大气中。
本实用新型的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，五组反射镜组件在589nm激光波长处反射率均达到95%以上，并具有较高的激光损伤阈值，这样可以最低限度地降低激光能量的损失，并可防止探测激光过强时，打坏反射镜片镀膜，造成激光雷达发射系统损坏。

Claims (10)

1.一种用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：包括活动底座、分光发射组件和固定底座；所述的活动底座连接在固定底座上；所述的分光发射组件包括反射镜组件和分束镜组件；所述的反射镜组件包括第一反射镜组件、第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件；所述的第二反射镜组件、第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件和分束镜组件安装在活动底座上；所述的第一反射镜组件安装在所述活动底座的下方。
2.根据权利要求1所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述的第一反射镜组件和第二反射镜组件均与水平面呈45度角进行安装，且在竖直方向上相对；所述第一反射镜组件将激光源发射的激光反射至第二反射镜组件；所述的第二反射镜组件反射的光经分束镜组件分束后，经第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件发射出。
3.根据权利要求2所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述的反射镜组件包括底座、镜架组件、反射镜片；所述的镜架组件安装在所述的底座上，所述的反射镜片安装在所述的镜架组件上。
4.根据权利要求3所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述的镜架组件包括电动调节镜架组件和手动调节镜架组件，其中第一反射镜组件、第二反射镜组件上的镜架组件为手动调节镜架组件，第三反射镜组件、第四反射镜组件和第五反射镜组件上的镜架组件为电动调节镜架组件。
5.根据权利要求4所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述的电动调节镜架组件具有电动调节和手动调节两种模式。
6.根据权利要求2所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述的分束镜组件包括第一分束镜组件和第二分束镜组件，所述的第一分束镜组件和第二分束镜组件均由底座、镜架和分束镜片组成，所述的镜架安装在所述的底座上，所述的分束镜片安装在所述的镜架上。
7.根据权利要求6所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述的第一分束镜组件反射70%激光能量、透过30%激光能量；第二分束镜组件反射50%激光能量、透过50%激光能量。
8.根据权利要求6所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：第一分束镜组件上的底座为电动调节底座，第二分束镜组件上的底座为手动调节底座。
9.根据权利要求1-8任一项所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述活动底座包括光学发射平板和支架，所述的支架为可调节支架，由较细的上支架套在固定底座上较粗的下支架里组成；所述的光学发射平板固定在上支架的上端。
10.根据权利要求9所述的用于激光雷达的高精度三分束激光发射装置，其特征在于：所述的光学发射平板上均匀分布有固定螺孔，用于固定所述的分光发射组件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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