RU201025U1 - Двухканальный лидар ближнего ик-диапазона - Google Patents
Двухканальный лидар ближнего ик-диапазона Download PDFInfo
- Publication number
- RU201025U1 RU201025U1 RU2020125681U RU2020125681U RU201025U1 RU 201025 U1 RU201025 U1 RU 201025U1 RU 2020125681 U RU2020125681 U RU 2020125681U RU 2020125681 U RU2020125681 U RU 2020125681U RU 201025 U1 RU201025 U1 RU 201025U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- radiation
- mirror
- photodetector
- lidar
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и касается двухканального лидара ближнего ИК-диапазона. Лидар содержит расположенные на общей платформе блок накопления и обработки сигналов, оптически связанные лазер, телескоп и спектрограф с матричным фотоприёмным устройством. Излучение на выходе лазера расширяется зеркальным коллиматором. В приёмную часть устройства введены оптически связанные полевая диафрагма, параболическое зеркало и дополнительный канал регистрации излучения, содержащий оптические фильтры, дихроичное зеркало, фокусирующие зеркала и фотодетектор. Технический результат заключается в снижении ошибок измерений концентраций атмосферных газов. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для дистанционного контроля концентраций газовых составляющих атмосферы.
Широкое развитие среди систем дистанционного лазерного газоанализа получили лидары дифференциального поглощения (US 201562233768 P от 28.09.2015 г., CN 201910414302 от 17.05.2019 г.), многоканальные лидары с использованием нескольких приёмо-передающих каналов (US 7411196 B2 от 12.08.2008 г.), микроимпульные системы в волоконном исполнении (US 20170212219A1). Лазерные источники подобных систем должны отвечать жёстким требованиям по стабильности ширины и спектрального положения линий излучения относительно линий поглощения исследуемых газов.
К основным недостаткам систем данного типа относят возникновение ошибок измерений вследствие динамического влияния аэрозолей на поглощение и рассеяние лазерного излучения, влияния мешающего поглощения сторонними газами.
Указанные недостатки можно минимизировать путём использования лазерного излучения с типичной для параметрических генераторов света шириной линии, как, например, в системах (Ayrapetyan V.S., Fomin P.A. Laser detection of explosives based on differential absorption and scattering // Opt. Laser Technol. 2018. V. 106. P. 202–208; Veerabuthiran S., Razdan A.K., Jindal M.K., Sharma R.K., Sagar V. Development of 3.0–3.45 nm OPO laser based range resolved and hard-target differential absorption lidar for sensing of atmospheric methane // Opt. Laser Technol. 2015. V.73. P. 1–5). В системе (Gong Y., Bu L., Yang B., Mustafa F. High Repetition Rate Mid-Infrared Differential Absorption Lidar for Atmospheric Pollution Detection // Sensors. 2020. V.20. Iss. 8. P. 1–12) показана возможность использования в сигнальном и опорном каналах излучения с ширинами линий, отличающимися на несколько порядков.
Основной недостаток этих систем состоит в том, что при использовании излучения перестраиваемых широкополосных параметрических генераторов света задействован только один из двух возможных спектральных диапазонов генерации.
Прототипом заявляемой полезной модели является лидарная система (Садовников С.А., Романовский О.А., Суханов А.Я., Харченко О.В., Яковлев С.В. Многокомпонентный лидарный газоанализатор среднего ИК-диапазона // Патент РФ на полезную модель № 181296), включающая в себя систему параметрической генерации лазерного излучения, коллиматор, систему зеркал, направляющих лазерный пучок в атмосферу, приёмный телескоп, конденсор, спектрограф, матричный фотодетектор, блок накопления и обработки сигналов. Пучок излучения на выходе лазера расширяется коллиматором и, отражаясь от двух глухих зеркал, направляется в атмосферу. Излучение, рассеянное из атмосферы в направлении назад, собирается телескопом и посредством конденсора направляется через спектрограф, который производит разложение излучения в спектр, на матричный фотодетектор для преобразования оптических сигналов в электрические. Электрические сигналы направляются в блок накопления и обработки сигналов.
Прототип относится к многокомпонентным лидарным системам среднего ИК-диапазона и позволяет единовременно анализировать несколько газовых составляющих атмосферы. Устройство предназначено для дистанционного контроля концентраций метана, закиси азота и других малых газовых составляющих атмосферы. Применение в составе прототипа быстродействующего матричного фотодетектора в качестве основного приёмника приводит к необходимости использования лазерных систем с высокой частотой повторения импульсов, вследствие необходимости выполнения условия замороженной атмосферы.
К основным недостаткам прототипа можно отнести использование одного приёмо-передающего спектрального канала, при функционировании которого наблюдается динамическое влияние сильных полос поглощения мешающих газов, способствующее росту ошибок восстановления концентраций целевых газов. При этом используемый в системе лазерный источник обеспечивает генерацию излучения на двух длинах волн ИК-диапазона, излучение которых можно применять совместно для получения и коррекции результатов восстановления профилей концентраций газов.
Технической задачей, решаемой представленной полезной моделью, является снижение ошибок измерений концентраций атмосферных газов за счёт одновременного использования двух каналов параметрического генератора света в различных областях одного спектрального диапазона.
Техническая задача решается посредством использования в приёмной части устройства дополнительного канала регистрации излучения, включающего дихроичное зеркало, спектрограф с матричным фотоприёмным устройством, для получения интегральных значений концентраций атмосферных газов вдоль трассы зондирования с целью коррекции пространственно-разрешенных профилей концентраций газов, восстановленных с применением основного канала регистрации.
Как видно из фиг.1 двухканальный лидар ближнего ИК-диапазона содержит расположенные на общей платформе (13) блок накопления и обработки сигналов (12) и оптически связанные параметрический генератор света, перестраиваемый в диапазонах λ=1,8..2,1 мкм и λ=2,12..2,50 мкм (далее лазер (1)), зеркальный коллиматор (2), телескоп (3), полевая диафрагма (4), параболическое зеркало (5), дихроичное зеркало (6), оптические фильтры (7), фокусирующие зеркала (8), фотодетектор (9) и спектрограф (10) с матричным фотоприёмным устройством (11).
Принцип работы предлагаемого устройства состоит в следующем. Пучок излучения на выходе лазера (1) расширяется зеркальным коллиматором (2) и направляется в атмосферу. Лазерное излучение, по мере прохождения толщи атмосферы, претерпевает аэрозольное и молекулярное поглощение и рассеяние. Излучение, рассеянное в направлении назад, собирается телескопом (3), проходит через полевую диафрагму (4), отражается от параболического зеркала (5), разделяется дихроичным зеркалом (6) на два канала, проходит через оптические фильтры (7), попадает на фокусирующие зеркала (8), направляется на фотодетектор (9) и через спектрограф (10), который производит разложение излучения в спектр, на матричный фотодетектор (11) для преобразования оптических сигналов в электрические. Электрические сигналы направляются в блок накопления и обработки сигналов (12). Конструктивное единство устройства обеспечивается креплением функциональных элементов (1)-(12) на общей платформе (13). Оптическая регистрация сигналов со спектральных каналов обеспечивает получение пространственно-разрешенных и интегральных значений концентраций атмосферных газов вдоль трассы зондирования. Перестройка длины волны излучения лазера (1) позволяет проводить дистанционный контроль концентраций водяного пара, углекислого газа и других малых газовых составляющих атмосферы.
Claims (1)
- Двухканальный лидар ближнего ИК-диапазона, содержащий расположенные на общей платформе блок накопления и обработки сигналов, оптически связанные лазер, телескоп и спектрограф с матричным фотоприёмным устройством, отличающийся тем, что излучение на выходе лазера расширяется зеркальным коллиматором, в приёмную часть устройства введены оптически связанные полевая диафрагма, параболическое зеркало, дополнительный канал регистрации излучения, содержащий оптические фильтры, дихроичное зеркало, фокусирующие зеркала и фотодетектор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020125681U RU201025U1 (ru) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | Двухканальный лидар ближнего ик-диапазона |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020125681U RU201025U1 (ru) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | Двухканальный лидар ближнего ик-диапазона |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU201025U1 true RU201025U1 (ru) | 2020-11-24 |
Family
ID=73549159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020125681U RU201025U1 (ru) | 2020-08-03 | 2020-08-03 | Двухканальный лидар ближнего ик-диапазона |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU201025U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205178U1 (ru) * | 2021-03-10 | 2021-06-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Лидар для зондирования атмосферы |
| RU216578U1 (ru) * | 2022-09-02 | 2023-02-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Бортовой лидар среднего инфракрасного диапазона |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1556393A (zh) * | 2004-01-08 | 2004-12-22 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 车载式双波长米散射激光雷达 |
| US7411196B2 (en) * | 2005-08-18 | 2008-08-12 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Multi-sensors and differential absorption LIDAR data fusion |
| RU181160U1 (ru) * | 2017-12-08 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Лидар для зондирования озона в верхней тропосфере - нижней стратосфере |
| RU181296U1 (ru) * | 2018-03-12 | 2018-07-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Многокомпонентный лидарный газоанализатор среднего ик-диапазона |
-
2020
- 2020-08-03 RU RU2020125681U patent/RU201025U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1556393A (zh) * | 2004-01-08 | 2004-12-22 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 车载式双波长米散射激光雷达 |
| US7411196B2 (en) * | 2005-08-18 | 2008-08-12 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Multi-sensors and differential absorption LIDAR data fusion |
| RU181160U1 (ru) * | 2017-12-08 | 2018-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Лидар для зондирования озона в верхней тропосфере - нижней стратосфере |
| RU181296U1 (ru) * | 2018-03-12 | 2018-07-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Многокомпонентный лидарный газоанализатор среднего ик-диапазона |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205178U1 (ru) * | 2021-03-10 | 2021-06-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Лидар для зондирования атмосферы |
| RU216578U1 (ru) * | 2022-09-02 | 2023-02-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Бортовой лидар среднего инфракрасного диапазона |
| RU2804263C1 (ru) * | 2023-04-21 | 2023-09-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Мобильный лидарный газоанализатор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11397149B2 (en) | Laser radar system apparatus for multi-wavelength measurement of atmospheric carbon dioxide concentration and vertical aerosol profile | |
| US7397568B2 (en) | Coherent differential absorption lidar (dial) | |
| US7656526B1 (en) | Lidar system for remote determination of calibrated, absolute aerosol backscatter coefficients | |
| CN104280362B (zh) | 一种高温水汽激光光谱在线检测系统 | |
| US20070018104A1 (en) | Machine for detecting sulfur hexafluoride (SF6) leaks using a carbon dioxide laser and the differential absorption lidar ( DIAL) technique and process for making same | |
| US7884937B2 (en) | Airborne tunable mid-IR laser gas-correlation sensor | |
| US8269971B1 (en) | System and method for simultaneous detection of a gas using a mode-locked based transmitter | |
| US7570349B2 (en) | Cars/absorption dual mode electro-optic sensor | |
| US6570159B2 (en) | Gas-measuring system | |
| JP2006510012A (ja) | 複数の出力波長を有するレーザレーダ装置 | |
| RU201025U1 (ru) | Двухканальный лидар ближнего ик-диапазона | |
| CN110749563A (zh) | 基于可调谐中红外激光遥测气体成分的方法 | |
| RU2714527C1 (ru) | Дистанционный оптический абсорбционный лазерный газоанализатор | |
| CN111122499B (zh) | 一种径向羽流多组分气体测量遥感系统 | |
| CN115372292A (zh) | 一种基于连续波差分吸收激光雷达的no2浓度三波长探测方法 | |
| CN111208494B (zh) | 一种具有臭氧吸收自校正功能的激光雷达探测系统的方法 | |
| Ayrapetyan et al. | IR lidar based on OPO | |
| RU181296U1 (ru) | Многокомпонентный лидарный газоанализатор среднего ик-диапазона | |
| Riris et al. | Airborne lidar measurements of atmospheric pressure made using the oxygen A-band | |
| CN113945528B (zh) | 一种基于法布里珀罗干涉仪的氨气测量装置及方法 | |
| Sadovnikov et al. | Atmospheric measurement simulation of greenhouse gases using a dual-channel infrared lidar system | |
| SE541185C2 (en) | High Spectral Resolution Scheimpflug Lidar | |
| RU2804263C1 (ru) | Мобильный лидарный газоанализатор | |
| JPH1123450A (ja) | ガス濃度検知方法及び装置 | |
| Kravtsova et al. | Numerical simulation of greenhouse gas measurements in the atmosphere by using a two-channel near-IR lidar system |