CN218865772U - 一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置，包括激光发射组件、反射光遥测组件和探测组件，本实用新型通过设置激光发射组件，利用主动脉冲激光器输出激光，经第一反射镜组反射射出，并通过反射光遥测组件的第二反射镜组汇聚第一反射镜组反射射出的反射光，并将反射光反射进入光纤耦合器后通过光纤传输，并通过探测组件的光谱光栅接收光纤传输的反射光，并对该反射光进行色散，再通过光电探测器对反射光进行光电转化成像，进而实现空间气体在线无接触元素探测，激光发射组件和反射光遥测组件分别设置为相对独立的模块，有效避免了杂散光产生的干扰，使得装置具有更高的信噪比，优化了装置的成像性能。

Description

一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置

技术领域

本实用新型涉及光电探测智能感知技术领域，尤其是指一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置。

背景技术

随着科学技术的发展，环保逐渐也被重视起来，环境监测是技术发展的一个重要方向，其中气体监测是环境监测的一个重要组成部分，由于气体本身特点，流动性、温湿度变动、成分微量性等特点，因此对气体检测技术的要求越来越高。目前气体成分在线监测主要有遥测式傅里叶变换红外光谱技术、在线电离质谱技术、电化学传感探测等等。这些监测技术往往只能满足部分检测要求，对监测条件要求苛刻，尤其是在环境恶劣、干扰较大的气体探测领域。

主动激光诱导探测技术是目前气体检测领域的一个炙手可热的技术。主动激光诱导探测是利用高能脉冲激光直接作用于气体产生激光诱导等离子体，对等离子体中激发态的粒子发出的元素特征谱线采集和分析即可获取目标气体中元素的种类和含量信息，可应用于各类气体的检测，然而现有的探测装置将激光发射单元和激光接收单元集成在收发一体的光学单元中，这就导致一些杂散光会对装置产生干扰，导致光学信噪比低，无法保证成像质量。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中探测装置信噪比低的问题，因此，有必要提供一种可提高信噪比的遥测主动激光诱导空间元素探测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置，包括：

激光发射组件，其包括主动脉冲激光器和第一反射镜组，所述主动脉冲激光器输出脉冲激光，并通过所述第一反射镜组反射射出；

反射光遥测组件，其包括第二反射镜组和光纤耦合器，所述第二反射镜组用于汇聚所述第一反射镜组反射射出的反射光，并将该反射光反射进入所述光纤耦合器后传输；

探测组件，其包括光谱光栅和光电探测器，所述光谱光栅用于接收所述光纤耦合器传输的反射光，并对该反射光进行基于光谱尺度的色散后传输至所述光电探测器，并通过所述光电探测器进行光电转化成像。

在本实用新型的一个实施例中，还包括中控组件，其分别连接所述主动脉冲激光器和所述光电探测器，用于输出所述主动脉冲激光器的控制信号和所述光电探测器的控制信号。

在本实用新型的一个实施例中，所述激光发射组件还包括纳秒脉冲发生器，其用作所述主动脉冲激光器的驱动源。

在本实用新型的一个实施例中，所述激光发射组件还包括扩束器，其用于扩束所述第一反射镜组反射射出的光线。

在本实用新型的一个实施例中，所述激光发射组件还包括光束整形器，其用于对所述第一反射镜组反射射出的光线进行整形。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二反射镜组包括卡塞格林主镜和卡塞格林次镜。

在本实用新型的一个实施例中，所述光纤耦合器和所述光谱光栅通过光纤连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述光电探测器为ICCD探测器。

在本实用新型的一个实施例中，所述主动脉冲激光器设定为单次触发。

在本实用新型的一个实施例中，所述激光发射组件和所述反射光遥测组件平行设置。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，通过设置激光发射组件，利用主动脉冲激光器输出激光，经第一反射镜组反射射出，再通过反射光遥测组件的第二反射镜组汇聚第一反射镜组反射射出的反射光，并将该反射光反射进入光纤耦合器后通过光纤传输，再通过探测组件的光谱光栅接收光纤传输的反射光，并对该反射光进行色散，再通过光电探测器对反射光进行光电转化成像，进而实现空间气体在线无接触元素探测，激光发射组件和反射光遥测组件分别设置为相对独立的模块，有效避免了杂散光产生的干扰，使得装置具有更高的信噪比，优化了装置的成像性能。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型优选实施例中遥测主动激光诱导空间元素探测装置的结构示意图。

说明书附图标记说明：1、激光发射组件；2、反射光遥测组件；3、探测组件；4、中控组件；11、主动脉冲激光器；12、第一反射镜组；13、纳秒脉冲发生器；14、扩束器；15、光束整形器；21、第二反射镜组；22、光纤耦合器；23、光纤；31、光谱光栅；32、光电探测器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

本实用新型的一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置优选的一实施例。

参照图1所示，一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置，包括：

激光发射组件1，激光发射组件1用于实现高功率密度主动脉冲激光光源的产生，激光发射组件1包括主动脉冲激光器11和第一反射镜组12，主动脉冲激光器11输出脉冲用于依据探测需要输出特定脉冲的高功率密度主动脉冲激光，并通过第一反射镜组12反射射出，使激光进入被检测空间中。

反射光遥测组件2，反射光遥测组件2用于汇聚并传输被检测空间中的的诱导反射光，反射光遥测组件2包括第二反射镜组21、光纤耦合器22和光纤23，第二反射镜组21包括卡塞格林主镜和卡塞格林次镜，用于汇聚第一反射镜组12反射射出的反射光，并将该反射光反射进入光纤耦合器22，光纤耦合器22可对光束进行合成，再通过光纤23传输反射光，激光发射组件1和反射光遥测组件2分别设置为相对独立的模块，且相互平行设置，分别单独进行收发，有效避免了杂散光产生的干扰，使得装置具有更高的信噪比，优化了装置的成像性能，此外，卡塞格林的主镜和次镜设计实现了组件的小型化和轻量化，光路采用光纤23传输能够降低光损耗，使得装置具有更高的信噪比和灵敏度。

探测组件3，探测组件3用于诱导反射光的光电转化成像，探测组件3包括光谱光栅31和光电探测器32，光谱光栅31的分辨率为4nm，光电探测器32为ICCD探测器，ICCD探测器采用iKon-L936大靶面ICCD相机，像素2048*2048规格的芯片，像素大小为13.5um*13.5um，可以实现100米内空间其他探测，光谱光栅31用于接收光纤23传输的反射光，并对该反射光进行基于光谱尺度的色散后传输至光电探测器32，并通过光电探测器32进行光电转化，依据光电探测器32输出的探测光谱的波长和强度两维度信息成像。

具体的，还包括中控组件4，中控组件4的主要功能是实现控制逻辑时序、控制信号的输出以及输出数据图像，中控组件4分别连接主动脉冲激光器11和光电探测器32，用于输出主动脉冲激光器11的控制信号和光电探测器32的控制信号，其中，中控组件4输出的主动脉冲激光器11的控制信号主要设定了高功率密度主动脉冲激光的波长、脉冲宽度和功率密度，并控制主动脉冲激光器11为单次触发，其中，主动脉冲激光器11的波长设定为535nm，脉冲宽度设定为小于300纳秒，且优选为150纳秒，功率密度设定为30MJ，中控组件4输出的光电探测器32的控制信号主要设定了光电探测器32的快门响应的时间以及激光到达的空间距离信息，此外，中控组件4还依据光电探测器32输出的探测光谱的波长和强度两维度信息成像，结合深度信息，最终合成三维空间的光谱信息。

具体的，激光发射组件1还包括纳秒脉冲发生器13，纳秒脉冲发生器13用作主动脉冲激光器11的驱动源。

具体的，激光发射组件1还包括扩束器14，扩束器14用于扩束第一反射镜组12反射射出的光线，扩束器14包括窄角扩束器和广角扩束器，且第一反射镜组12反射射出的光线先经过窄角扩束器，再经过广角扩束器后射出。

具体的，激光发射组件1还包括光束整形器15，光束整形器15用于对所述第一反射镜组12反射射出的光线进行整形，光束整形器15一方面可以使激光变成平行光输出，另一方面可以利用窄带滤光去除杂散光，避免杂散光产生干扰。

具体的，在对空间元素进行主动激光诱导探测时，主动脉冲激光器11在收到中控组件4输出的控制信号后，在纳秒脉冲发生器13的作用下输出特定脉冲的高功率密度主动脉冲激光，主动脉冲激光在经过第一反射镜组12后进入扩束器14，依次通过窄角扩束器和广角扩束器后通过光束整形器15进入被检测空间，第二反射镜组21汇聚被检测空间的反射光后将反射光反射进入光纤耦合器22，再采用光纤23传输反射光至光谱光栅31，光谱光栅31将反射光进行基于光谱尺度的色散后传输至光电探测器32，然后通过光电探测器32进行光电转化，依据光电探测器32输出的探测光谱的波长和强度两维度信息成像，结合中控组件4的深度信息，最终合成三维空间的光谱信息。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，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 (10)

1.一种遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，包括：

激光发射组件，其包括主动脉冲激光器和第一反射镜组，所述主动脉冲激光器输出脉冲激光，并通过所述第一反射镜组反射射出；

反射光遥测组件，其包括第二反射镜组和光纤耦合器，所述第二反射镜组用于汇聚所述第一反射镜组反射射出的反射光，并将该反射光反射进入所述光纤耦合器后传输；

探测组件，其包括光谱光栅和光电探测器，所述光谱光栅用于接收所述光纤耦合器传输的反射光，并对该反射光进行基于光谱尺度的色散后传输至所述光电探测器，并通过所述光电探测器进行光电转化成像。

2.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，还包括中控组件，其分别连接所述主动脉冲激光器和所述光电探测器，用于输出所述主动脉冲激光器的控制信号和所述光电探测器的控制信号。

3.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述激光发射组件还包括纳秒脉冲发生器，其用作所述主动脉冲激光器的驱动源。

4.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述激光发射组件还包括扩束器，其用于扩束所述第一反射镜组反射射出的光线。

5.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述激光发射组件还包括光束整形器，其用于对所述第一反射镜组反射射出的光线进行整形。

6.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述第二反射镜组包括卡塞格林主镜和卡塞格林次镜。

7.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述光纤耦合器和所述光谱光栅通过光纤连接。

8.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述光电探测器为ICCD探测器。

9.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述主动脉冲激光器设定为单次触发。

10.根据权利要求1所述的遥测主动激光诱导空间元素探测装置，其特征在于，所述激光发射组件和所述反射光遥测组件平行设置。

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