CN215264017U - 一种激光雷达同轴收发望远镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及大气颗粒物和臭氧检测技术领域，尤其涉及一种激光雷达同轴收发望远镜，包括大镜筒、小镜筒和中镜筒，所述小镜筒设在大镜筒内部，所述大镜筒底端与中镜筒固定连接，所述大镜筒、小镜筒和中镜筒呈同轴分布，所述中镜筒底端设有镜身组件，所述镜身组件包括镜板、底板和安装板，所述小镜筒底端设有遮光管，所述小镜筒内部设有扩束镜组件，本实用新型通过采用透射同轴设计，没有外置反射镜，避免了卡式同轴的外置反射镜损伤问题，镜片均使用球面镜，使得成本大大降低，扩束镜组件相对次镜而言体积更小，探测盲区也有效减小，扩束镜组件在望远镜内，同轴调校精度高，使得探测距离更远。

Description

一种激光雷达同轴收发望远镜

技术领域

本实用新型涉及大气颗粒物和臭氧检测技术领域，尤其涉及一种激光雷达同轴收发望远镜。

背景技术

大气颗粒物和臭氧检测技术采用激光同轴发射，望远镜同轴接收，采用的是透射式设计，避免了传统次镜对接收光路的遮挡，能大大减少探测盲区，可以达到很高的调校精度，探测距离达8-15km。

如图3所示，目前通常采用的技术是传统的卡式设计即卡塞格林望远镜：由两块反射镜组成的一种反射望远镜，1672年为卡塞格林所发明。反射镜中大的称为主镜，小的称为副镜。通常在主镜中央开孔，成像于主镜后面，它的焦点称为卡塞格林焦点。发射部分常见的也有2种类型，离轴发射和同轴反射。

目前这类卡式望远镜主要是在天文观测中使用，将其技术转移到激光雷达的监测系统中时就会出现问题，具体表现在稳定性和环境适应性较差，有较大的探测盲区，室外使用时反射镜也容易损伤，此外主镜由于采用非球面设计，导致成本过高。

为解决上述问题，本申请中提出一种激光雷达同轴收发望远镜。

实用新型内容

一、实用新型目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种激光雷达同轴收发望远镜，具有稳定性和环境适应性高、探测盲区小、同轴调校精度高、探测距离远且采用球面镜能有效降低成本的特点。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种激光雷达同轴收发望远镜，包括大镜筒、小镜筒和中镜筒，所述小镜筒设在大镜筒内部，所述大镜筒底端与中镜筒固定连接，所述大镜筒、小镜筒和中镜筒呈同轴分布，所述中镜筒底端设有镜身组件，所述镜身组件包括镜板、底板和安装板，镜板设在底板顶端，所述安装板设置两个，镜板和底板两侧均与安装板固定连接，所述中镜筒底端与镜板固定连接；

所述小镜筒底端设有遮光管，所述遮光管与小镜筒同轴设置，所述遮光管顶端与小镜筒固定连接，所述遮光管底端贯穿底板，所述遮光管顶端和底端均设置连接圈，所述小镜筒内部设有扩束镜组件，所述扩束镜组件包括第一双凹透镜、第一双凸透镜和第二双凹透镜，所述第一双凹透镜固定安装在小镜筒底部，所述第一双凸透镜和第二双凹透镜均固定安装在小镜筒顶部，所述第一双凸透镜设置两个，所述第二双凹透镜设置在两个第一双凸透镜之间；

所述大镜筒顶端固定安装有第二双凸透镜，所述大镜筒底部固定安装有弯月凹透镜，所述弯月凹透镜底部设有平面反射镜，所述第二双凸透镜、弯月凹透镜和平面反射镜呈同轴分布，所述镜身组件内设有准直镜，所述准直镜一侧设有检偏镜，所述平面反射镜、准直镜和检偏镜呈同轴分布。

优选的，所述底板底端固定设有激光器座，所述激光器座顶部固定安装有激光雷达，所述激光雷达的输出端与遮光管连接。

优选的，所述安装板的侧壁上固定连接有反光镜座，所述反光镜座顶端固定连接有卡条，所述卡条与平面反射镜固定卡接。

优选的，所述安装板侧壁上固定连接有准直镜座和检偏镜座，所述准直镜固定安装在准直镜座上，所述检偏镜固定安装在检偏镜座上。

优选的，所述平面反射镜一侧固定设有中隔板。

优选的，所述安装板的两侧均固定连接有支板。

优选的，所述第二双凸透镜、弯月凹透镜在大镜筒内的固定方式为机械固定和航空胶固定，所述第一双凹透镜、第一双凸透镜和第二双凹透镜在小镜筒内的固定方式为机械固定和航空胶固定。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1、本实用新型通过采用透射同轴设计，没有外置反射镜，避免了卡式同轴的外置反射镜损伤问题，镜片均使用球面镜，使得成本大大降低，扩束镜组件相对次镜而言体积更小，探测盲区也有效减小；

2、本实用新型的激光发射的扩束镜组件在望远镜内，同轴调校精度高，使得探测距离更远，在镜片固定结构中使用机械固定加航空硅胶固定的方法，使得光路稳定性很好；

3、本实用新型的遮光管采用碳纤维材质，能有效隔离发射和接收光路的相互干扰问题。

附图说明

图1为本实用新型的正面剖视图；

图2为本实用新型实施例中的望远镜探测系统示意图；

图3为现有技术的传统卡式望远镜的结构图。

附图标记：1、大镜筒；2、小镜筒；3、中镜筒；4、镜板；5、底板；6、安装板；7、遮光管；8、连接圈；901、第一双凹透镜；902、第一双凸透镜；903、第二双凹透镜；10、第二双凸透镜；11、弯月凹透镜；12、平面反射镜；13、准直镜；14、检偏镜；15、激光器座；16、反光镜座；17、卡条；18、准直镜座；19、检偏镜座；20、中隔板；2支板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1-2所示，本实用新型提出的一种激光雷达同轴收发望远镜，包括大镜筒1、小镜筒2和中镜筒3，小镜筒2设在大镜筒1内部，大镜筒1底端与中镜筒3固定连接，大镜筒1、小镜筒2和中镜筒3呈同轴分布，中镜筒3底端设有镜身组件，镜身组件包括镜板4、底板5和安装板6，镜板4设在底板5顶端，安装板6设置两个，镜板4和底板5两侧均与安装板6固定连接，中镜筒3底端与镜板4固定连接；

小镜筒2底端设有遮光管7，遮光管7与小镜筒2同轴设置，遮光管7顶端与小镜筒2固定连接，遮光管7底端贯穿底板5，遮光管7顶端和底端均设置连接圈8，小镜筒2内部设有扩束镜组件，扩束镜组件包括第一双凹透镜901、第一双凸透镜902和第二双凹透镜903，第一双凹透镜901固定安装在小镜筒2底部，第一双凸透镜902和第二双凹透镜903均固定安装在小镜筒2顶部，第一双凸透镜902设置两个，第二双凹透镜903设置在两个第一双凸透镜902之间；

大镜筒1顶端固定安装有第二双凸透镜10，大镜筒1底部固定安装有弯月凹透镜11，弯月凹透镜11底部设有平面反射镜12，第二双凸透镜10、弯月凹透镜11和平面反射镜12呈同轴分布，镜身组件内设有准直镜13，准直镜13一侧设有检偏镜14，平面反射镜12、准直镜13和检偏镜14呈同轴分布，底板5底端固定设有激光器座15，激光器座15顶部固定安装有激光雷达，激光雷达的输出端与遮光管7连接。

在本实施例中，激光雷达发射波长532nm波长的脉冲激光对大气颗粒物进行遥感探测，脉冲激光经小镜筒2内的扩束镜组件的准直扩束后进入大气，与大气中的颗粒物相互作用，产生后向散射光，散射信号被望远镜系统中的第二双凸透镜10和弯月凹透镜11接收，再经过平面反射镜12的反射最终汇聚至准直镜13，并经过准直镜13汇聚到检偏镜座19的光学检偏系统，形成532nm平行、532nm垂直的两个通道信号，经光电探测系统和信号采集系统，由计算机反演出大气颗粒物的消光系数和退偏振度系数空间分布(廓线)，进而可获取大气颗粒物时空分布特征、污染层时空变化、颗粒物输送和沉降等大气质量信息。

需要说明的是，安装板6的侧壁上固定连接有反光镜座16，反光镜座16顶端固定连接有卡条17，卡条17与平面反射镜12固定卡接，平面反射镜12用于反射被望远镜接收的散射光，平面反射镜12通过卡条17的卡接作用被固定在反光镜座16上，稳定性高，易于调校，安装板6侧壁上固定连接有准直镜座18和检偏镜座19，准直镜13固定安装在准直镜座18上，检偏镜14固定安装在检偏镜座19上。

如图1所示，平面反射镜12一侧固定设有中隔板20，平面反射镜12反射的光穿过中隔板20，中隔板20用于提高光的汇聚效果，安装板6的两侧均固定连接有支板21，支板21用于提供支撑作用。

需要说明的是，第二双凸透镜10、弯月凹透镜11在大镜筒1内的固定方式为机械固定和航空胶固定，第一双凹透镜901、第一双凸透镜902和第二双凹透镜903在小镜筒2内的固定方式为机械固定和航空胶固定，该种镜片固定方式能提高光路稳定性。

本实用新型的工作原理：如图1和2所示，大气颗粒物监测的激光雷达(高能扫描系列)安装在激光器座15上，激光监测雷达发射波长532nm波长的脉冲激光对大气颗粒物进行遥感探测，脉冲激光经小镜筒2内的扩束镜组件的准直扩束后进入大气，与大气中的颗粒物相互作用，产生后向散射光，散射信号被望远镜系统中的第二双凸透镜10和弯月凹透镜11接收，再经过平面反射镜12的反射最终汇聚至准直镜13，并经过准直镜13汇聚到检偏镜座19的光学检偏系统，形成532nm平行、532nm垂直的两个通道信号，经光电探测系统和信号采集系统，由计算机反演出大气颗粒物的消光系数和退偏振度系数空间分布(廓线)，进而可获取大气颗粒物时空分布特征、污染层时空变化、颗粒物输送和沉降等大气质量信息，本实用新型中，第二双凸透镜10和弯月凹透镜11采用透镜同轴设计，由于没有外置反射镜，因此避免了卡式同轴的外置反射镜损伤问题，第二双凸透镜10、弯月凹透镜11和扩束镜组件均采用球面镜，有效降低成本，扩束镜组件相对次镜而言小很多，所以探测盲区也相应减少，激光发射的扩束镜组件在小镜筒2内，小镜筒2在大镜筒1内，同轴调校精度高，使得探测距离很远，在镜片固定结构中使用机械固定加航空硅胶固定(晨光414)的方法，使得光路稳定性很好，遮光管7采用碳纤维材质，能有效隔离发射和接收光路的相互干扰问题。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种激光雷达同轴收发望远镜，包括大镜筒(1)、小镜筒(2)和中镜筒(3)，其特征在于，所述小镜筒(2)设在大镜筒(1)内部，所述大镜筒(1)底端与中镜筒(3)固定连接，所述大镜筒(1)、小镜筒(2)和中镜筒(3)呈同轴分布，所述中镜筒(3)底端设有镜身组件，所述镜身组件包括镜板(4)、底板(5)和安装板(6)，镜板(4)设在底板(5)顶端，所述安装板(6)设置两个，镜板(4)和底板(5)两侧均与安装板(6)固定连接，所述中镜筒(3)底端与镜板(4)固定连接；

所述小镜筒(2)底端设有遮光管(7)，所述遮光管(7)与小镜筒(2)同轴设置，所述遮光管(7)顶端与小镜筒(2)固定连接，所述遮光管(7)底端贯穿底板(5)，所述遮光管(7)顶端和底端均设置连接圈(8)，所述小镜筒(2)内部设有扩束镜组件，所述扩束镜组件包括第一双凹透镜(901)、第一双凸透镜(902)和第二双凹透镜(903)，所述第一双凹透镜(901)固定安装在小镜筒(2)底部，所述第一双凸透镜(902)和第二双凹透镜(903)均固定安装在小镜筒(2)顶部，所述第一双凸透镜(902)设置两个，所述第二双凹透镜(903)设置在两个第一双凸透镜(902)之间；

所述大镜筒(1)顶端固定安装有第二双凸透镜(10)，所述大镜筒(1)底部固定安装有弯月凹透镜(11)，所述弯月凹透镜(11)底部设有平面反射镜(12)，所述第二双凸透镜(10)、弯月凹透镜(11)和平面反射镜(12)呈同轴分布，所述镜身组件内设有准直镜(13)，所述准直镜(13)一侧设有检偏镜(14)，所述平面反射镜(12)、准直镜(13)和检偏镜(14)呈同轴分布。

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达同轴收发望远镜，其特征在于，所述底板(5)底端固定设有激光器座(15)，所述激光器座(15)顶部固定安装有激光雷达，所述激光雷达的输出端与遮光管(7)连接。

3.根据权利要求1所述的一种激光雷达同轴收发望远镜，其特征在于，所述安装板(6)的侧壁上固定连接有反光镜座(16)，所述反光镜座(16)顶端固定连接有卡条(17)，所述卡条(17)与平面反射镜(12)固定卡接。

4.根据权利要求1所述的一种激光雷达同轴收发望远镜，其特征在于，所述安装板(6)侧壁上固定连接有准直镜座(18)和检偏镜座(19)，所述准直镜(13)固定安装在准直镜座(18)上，所述检偏镜(14)固定安装在检偏镜座(19)上。

5.根据权利要求1所述的一种激光雷达同轴收发望远镜，其特征在于，所述平面反射镜(12)一侧固定设有中隔板(20)。

6.根据权利要求1所述的一种激光雷达同轴收发望远镜，其特征在于，所述安装板(6)的两侧均固定连接有支板(21)。

7.根据权利要求1所述的一种激光雷达同轴收发望远镜，其特征在于，所述第二双凸透镜(10)、弯月凹透镜(11)在大镜筒(1)内的固定方式为机械固定和航空胶固定，所述第一双凹透镜(901)、第一双凸透镜(902)和第二双凹透镜(903)在小镜筒(2)内的固定方式为机械固定和航空胶固定。

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