CN218766621U - 一种多波长近距离烟雾参数测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及烟雾参数测量，具体涉及一种多波长近距离烟雾参数测量系统，包括YAG激光器、光学发射通道、光学接收通道、信息处理单元和烟雾发生单元；光学发射通道，接收YAG激光器产生的激光，并对激光进行分光处理后照射至待测烟雾区；烟雾发生单元，用于在光学发射通道前方生成待测烟雾区；光学接收通道，接收各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号，并将光信号转换为数字信号；信息处理单元，接收光学接收通道发送的数字信号，并对各路数字信号进行反演，得到烟雾参数；本实用新型提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的测量结果准确性较低，测量时需要频繁更换收发组件的缺陷。

Description

一种多波长近距离烟雾参数测量系统

技术领域

本实用新型涉及烟雾参数测量，具体涉及一种多波长近距离烟雾参数测量系统。

背景技术

激光雷达(LIDAR，LIghtDetectionAndRanging)是以激光为光源，通过探测激光与待测烟雾相互作用产生的回波信号，能够检测待测烟雾区气体对激光的退偏振作用。激光与待测烟雾区气体之间的相互作用，会产生包含气体原子、气体分子、气溶胶粒子等有关信息的辐射信号，利用相应的反演方法就可以从中得到关于气体原子、气体分子、气溶胶粒子等气体成分的信息。

然而，现有的烟雾参数测量系统大多利用单一收发光路通过不同波长激光对烟雾参数进行测量，在这种情况下进行测量时各波长激光容易互相影响，从而导致测量结果准确性较低，并且在利用不同波长激光进行测量时需要频繁更换收发组件。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种多波长近距离烟雾参数测量系统，能够有效克服现有技术所存在的测量结果准确性较低，测量时需要频繁更换收发组件的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种多波长近距离烟雾参数测量系统，包括YAG激光器、光学发射通道、光学接收通道、信息处理单元和烟雾发生单元；

光学发射通道，接收YAG激光器产生的激光，并对激光进行分光处理后照射至待测烟雾区；

烟雾发生单元，用于在光学发射通道前方生成待测烟雾区；

光学接收通道，接收各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号，并将光信号转换为数字信号；

信息处理单元，接收光学接收通道发送的数字信号，并对各路数字信号进行反演，得到烟雾参数；

其中，光学发射通道、光学接收通道均与分光后的各路激光对应设置。

优选地，所述YAG激光器内部封装有将发射激光分成三束波长分别为355nm、532nm、1064nm的激光的二倍频晶体模组和三倍频晶体模组。

优选地，所述光学发射通道内部依次设置有分光模组、前发射模组、第一反射镜组、后发射模组和第二反射镜组；

分光模组，用于对YAG激光器产生的激光进行分光处理；

前发射模组，接收分光模组分光处理后的激光，并通过第一反射镜组照射至后发射模组；

后发射模组，利用第二反射镜组将分光处理后的激光照射至待测烟雾区，并将各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号引导至光学接收通道。

优选地，所述分光模组包括依次设置于各光学发射通道内用于反射355nm激光的第一分光镜、用于反射透过第一分光镜中的532nm激光的第二分光镜、用于反射透过第二分光镜的1064nm激光的反射镜。

优选地，所述前发射模组包括第一光阑、半波片和第一分束立方体；

所述后发射模组包括第二光阑、四分之一拨片和第二分束立方体，所述第二分束立方体垂直光通道内设置有将各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号引导至光学接收通道的后向散射光接收单元。

优选地，所述第二反射镜组包括用于将532nm激光照射至待测烟雾区的532nm激光反射镜组，以及用于将1064nm激光照射至待测烟雾区的1064nm激光反射镜组。

优选地，所述光学接收通道安装于固定支架上，所述光学接收通道内部依次设置有K9平凸透镜、平凸透镜、第三分束立方体、滤波片和数据采集单元，所述K9平凸透镜、平凸透镜之间设有小孔。

优选地，所述数据采集单元包括光电传感器组件和采集卡；

光电传感器组件，包括由滤光组件、光电倍增管组成的光电传感器，利用三个光电传感器将三路光信号转换为数字信号；

采集卡，接收光电传感器发送的数字信号，并将数字信号发送至信息处理单元。

优选地，所述YAG激光器、光学发射通道、光学接收通道和信息处理单元均安装于高度可调的光学平台上。

优选地，所述烟雾发生单元包括烟雾发生装置和引流泵。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型所提供的一种多波长近距离烟雾参数测量系统，具有以下有益效果：

1)基于355nm、532nm、1064nm激光对应设置三组相互独立的光学发射通道、光学接收通道，在对烟雾参数进行测量时，各波长激光之间互不影响，能够确保测量结果的准确性；

2)基于355nm、532nm、1064nm激光对应设置三组相互独立的光学发射通道、光学接收通道，在利用不同波长激光进行测量时，无需频繁更换收发组件，无需反复切换调试光路，使用起来更加方便，能够有效提高测量效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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；

图2为本实用新型图1中光学发射通道的结构示意图；

图3为本实用新型图1中光学接收通道的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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作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。

一种多波长近距离烟雾参数测量系统，如图1至图3所示，包括YAG激光器1、光学发射通道17、光学接收通道8、信息处理单元16和烟雾发生单元15；

光学发射通道17，接收YAG激光器1产生的激光，并对激光进行分光处理后照射至待测烟雾区；

烟雾发生单元15，用于在光学发射通道17前方生成待测烟雾区；

光学接收通道8，接收各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号，并将光信号转换为数字信号；

信息处理单元16，接收光学接收通道8发送的数字信号，并对各路数字信号进行反演，得到烟雾参数；

其中，光学发射通道17、光学接收通道8均与分光后的各路激光对应设置。

本申请技术方案中，YAG激光器1、光学发射通道17、光学接收通道8和信息处理单元16均安装于高度可调的光学平台(1.5m*1m*0.77m)上。高度可调能够使得光学发射通道17上的激光出口与待测烟雾区、窗户的高度相适配，为减少不必要的杂散光对测量的干扰，激光穿过待测烟雾区后，需通过窗户射入无障碍物大气中，同时待测烟雾区与墙体应保持至少0.5m以上的距离。

光学发射通道17、光学接收通道8均采用整体一体化密封设计，结构紧凑稳定，腔体具有较好的独立和密封性，保证测试效果。烟雾发生单元15包括烟雾发生装置和引流泵。

YAG激光器1内部封装有将发射激光分成三束波长分别为355nm、532nm、1064nm的激光的二倍频晶体模组和三倍频晶体模组。YAG激光器1为单脉冲能量不小于30mJ的激光器，弹夹式谐波设计不需要额外的安装空间。

光学发射通道17内部依次设置有分光模组2、前发射模组3、第一反射镜组4、后发射模组5和第二反射镜组；

分光模组2，用于对YAG激光器1产生的激光进行分光处理；

前发射模组3，接收分光模组2分光处理后的激光，并通过第一反射镜组4照射至后发射模组5；

后发射模组5，利用第二反射镜组将分光处理后的激光照射至待测烟雾区，并将各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号引导至光学接收通道8。

1)分光模组2包括依次设置于各光学发射通道17内用于反射355nm激光的第一分光镜、用于反射透过第一分光镜中的532nm激光的第二分光镜、用于反射透过第二分光镜的1064nm激光的反射镜；

2)前发射模组3包括第一光阑、半波片和第一分束立方体；

3)后发射模组5包括第二光阑、四分之一拨片和第二分束立方体，第二分束立方体垂直光通道内设置有将各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号引导至光学接收通道8的后向散射光接收单元；

4)第二反射镜组包括用于将532nm激光照射至待测烟雾区的532nm激光反射镜组6，以及用于将1064nm激光照射至待测烟雾区的1064nm激光反射镜组7。

第一分光镜对355nm～407nm激光的反射率大于95％，对532nm～1064nm激光的透过率大于93％；第二分光镜对532nm～607nm激光的反射率大于95％，对660nm～1064nm激光的透过率大于93％。

YAG激光器1发射的激光经过分光模组2后分成三束波长分别为355nm、532nm、1064nm的激光，再经由前发射模组3对应的三路通道后进入第一反射镜组4。第一反射镜组4也对应三路通道，每个通道对应一个波长的激光，再进入后发射模组5对应的三路通道，而后进入待测烟雾区。每一种波长的激光从前至后都由单独的通道进入待测烟雾区，各波长激光之间互不影响，准确性和稳定性较高。

当需要测量355nm激光的退偏振作用时，只需在分光模组2与前发射模组3之间遮挡住532nm、1064nm激光，这样则只有355nm激光进入待测烟雾区；当需要测量532nm激光的退偏振作用时，则在分光模组2与前发射模组3之间遮挡住355nm、1064nm激光，532nm激光通过532nm激光反射镜组6进入待测烟雾区；当需要测量1064nm激光的退偏振作用时，则在分光模组2与前发射模组3之间遮挡住355nm、532nm激光，1064nm激光通过1064nm激光反射镜组7进入待测烟雾区。

光学接收通道8安装于固定支架9上，光学接收通道8内部依次设置有K9平凸透镜10、平凸透镜11、第三分束立方体12、滤波片13和数据采集单元，K9平凸透镜10、平凸透镜11之间设有小孔。

数据采集单元包括光电传感器组件14和采集卡；

光电传感器组件14，包括由滤光组件、光电倍增管组成的光电传感器，利用三个光电传感器将三路光信号转换为数字信号；

采集卡，接收光电传感器发送的数字信号，并将数字信号发送至信息处理单元16。

其中，K9平凸透镜10采用一英寸镀膜透镜，Ravg<0.5％，光学接收通道8中的透镜采用可调节设计，能沿轴向调节一定距离，保证达到最佳间距，以达到较高的测量精度。

滤光组件包括汇聚透镜及滤光片，其中滤光片的带宽小于1nm，透过率大于50％。

信息处理单元16可以采用笔记本电脑对各路数字信号进行反演，得到烟雾参数。

光学接收通道8共有三组独立的通道，每一种波长的激光对应一组独立的光学接收通道8。当系统工作时，355nm、532nm、1064nm的激光会分别进入与各自对应的光学接收通道8中进行处理探测。

本申请技术方案中，YAG激光器1发出高能的脉冲激光，经过半波片和第一分束立方体后调整为线偏振光，线偏振光经过四分之一拨片和第二分束立方体后穿过待测烟雾区。通过在第二分束立方体垂直光通道内设置有将各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号引导至光学接收通道8的后向散射光接收单元，可以完成待测烟雾区气体对激光退偏振作用的测量。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：包括YAG激光器(1)、光学发射通道(17)、光学接收通道(8)、信息处理单元(16)和烟雾发生单元(15)；

光学发射通道(17)，接收YAG激光器(1)产生的激光，并对激光进行分光处理后照射至待测烟雾区；

烟雾发生单元(15)，用于在光学发射通道(17)前方生成待测烟雾区；

光学接收通道(8)，接收各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号，并将光信号转换为数字信号；

信息处理单元(16)，接收光学接收通道(8)发送的数字信号，并对各路数字信号进行反演，得到烟雾参数；

其中，光学发射通道(17)、光学接收通道(8)均与分光后的各路激光对应设置。

2.根据权利要求1所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述YAG激光器(1)内部封装有将发射激光分成三束波长分别为355nm、532nm、1064nm的激光的二倍频晶体模组和三倍频晶体模组。

3.根据权利要求1所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述光学发射通道(17)内部依次设置有分光模组(2)、前发射模组(3)、第一反射镜组(4)、后发射模组(5)和第二反射镜组；

分光模组(2)，用于对YAG激光器(1)产生的激光进行分光处理；

前发射模组(3)，接收分光模组(2)分光处理后的激光，并通过第一反射镜组(4)照射至后发射模组(5)；

后发射模组(5)，利用第二反射镜组将分光处理后的激光照射至待测烟雾区，并将各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号引导至光学接收通道(8)。

4.根据权利要求3所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述分光模组(2)包括依次设置于各光学发射通道(17)内用于反射355nm激光的第一分光镜、用于反射透过第一分光镜中的532nm激光的第二分光镜、用于反射透过第二分光镜的1064nm激光的反射镜。

5.根据权利要求3所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述前发射模组(3)包括第一光阑、半波片和第一分束立方体；

所述后发射模组(5)包括第二光阑、四分之一拨片和第二分束立方体，所述第二分束立方体垂直光通道内设置有将各路激光照射至待测烟雾区产生的后向散射信号引导至光学接收通道(8)的后向散射光接收单元。

6.根据权利要求3所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述第二反射镜组包括用于将532nm激光照射至待测烟雾区的532nm激光反射镜组(6)，以及用于将1064nm激光照射至待测烟雾区的1064nm激光反射镜组(7)。

7.根据权利要求1所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述光学接收通道(8)安装于固定支架(9)上，所述光学接收通道(8)内部依次设置有K9平凸透镜(10)、平凸透镜(11)、第三分束立方体(12)、滤波片(13)和数据采集单元，所述K9平凸透镜(10)、平凸透镜(11)之间设有小孔。

8.根据权利要求7所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述数据采集单元包括光电传感器组件(14)和采集卡；

光电传感器组件(14)，包括由滤光组件、光电倍增管组成的光电传感器，利用三个光电传感器将三路光信号转换为数字信号；

采集卡，接收光电传感器发送的数字信号，并将数字信号发送至信息处理单元(16)。

9.根据权利要求1所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述YAG激光器(1)、光学发射通道(17)、光学接收通道(8)和信息处理单元(16)均安装于高度可调的光学平台上。

10.根据权利要求1所述的多波长近距离烟雾参数测量系统，其特征在于：所述烟雾发生单元(15)包括烟雾发生装置和引流泵。

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