RU204742U1 - Двухапертурный лидар с оптоволоконной оптикой - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к оптическим устройствам зондирования атмосферы и может быть использована для определения профилей оптических параметров аэрозольных и облачных полей. Сущность: устройство представляет собой двухапертурный лидар, включающий связанные между собой на общем основании источник (1) лазерного излучения и два приемных телескопа. Углы поля зрения телескопов охватывают зондирующий лазерный пучок. На оптических осях телескопов установлены фотоприемники (7, 8), подключенные к системе (9) управления, регистрации и обработки информации. При этом один из приемных телескопов выполнен на основе бифуркационного световолоконного жгута (4) с гексагональной укладкой центров световедущих жил. Бифуркационный жгут (4) содержит два раздельных канала (3, 5) с линзовыми коллиматорами. На выходе лазера (1) закреплена оптическая пластина (2), отводящая часть излучения на световой канал (3), который является центральной жилой жгута (4). Остальные жилы жгута (4) являются приемным телескопом и собраны в отдельный канал (5). Технический результат: обеспечение возможности приема лидарных сигналов с минимального расстояния от лидара. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области технологий оптических методов контроля оптико-физических параметров атмосферы и предназначена для дистанционного определения профилей оптических параметров аэрозольных и облачных полей. Модель может быть также использована для решения экологических задач атмосферы, в частности, при картировании пространственно-временного распределения аэрозольных полей антропогенного происхождения в воздушном бассейне промышленного центра, при контроле трансграничных переносов аэрозольных примесей в период лесных пожаров и активной вулканической деятельности.

Аналогом многоканального лидара для зондирования атмосферы является лидар, описанный в работе [1]. Данное устройство состоит из источника лазерного излучения, двух приемных оптических телескопов, на оптической оси которого установлены фотоприемники для регистрации сигналов атмосферного обратного рассеяния, выходы которых подключены к системе управления, регистрации и обработки информации.

Недостатком этого лидара является небольшой интервал дальностей регистрации лидарных сигналов, вследствие ограниченного динамического диапазона чувствительности фотоприемников, а также из-за того, что оптические телескопы установлены на одинаковом расстоянии от источника излучения.

Для устранения этого недостатка в лидарах используют несколько приемных объективов, охватывающими своим полем зрения различные участки трассы зондирования, от ближней до дальней зоны.

Ближайшим аналогом двухапертурного лидара для зондирования атмосферы является лидар описанный в работе [2].

Лидар состоит из основания, источника лазерного излучения и установленных на различных расстояниях от него основного и дополнительных телескопов для регистрации лидарных сигналов с различных участков трассы зондирования.

На выходе приемных телескопов расположены фотоприемники, подключенные к системе управления, регистрации и обработки информации. Фотоприемники регистрируют сигналы упругого и комбинационного рассеяния света с различных участков трассы зондирования.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности измерения атмосферных параметров в непосредственной близости от лидара, вследствие теневой зоны лидара, обусловленной конструкцией лидара - конечным расстоянием между источником лазерного излучения и ближайшим приемным телескопом.

Предлагаемая полезная модель устраняет этот недостаток, обеспечивая прием лидарных сигналов с минимального расстояния от лидара.

Поставленная цель достигается тем, что один из приемных телескопов выполнен на основе световолоконного жгута с гексагональной укладкой, центральное волокно которого является источником лазерного излучения, а остальные световые жилы являются приемным телескопом обратно рассеянного атмосферного излучения.

На фиг. 1 схематично изображена блок-схема двухапертурного лидара для зондирования атмосферы.

Лидар содержит общую платформу, на которой установлены жестко связанные между собой лазер 1, оптическая пластина 2, приемный телескоп 6, а также общий торец 4 бифуркационного световолоконного жгута, который выполняет роль второго приемного телескопа.

Лазер 1, телескоп 6 и общий торец бифуркационного световолоконного жгута 4 расположены таким образом, что их оптические оси направлены в одну сторону, а углы поля зрения охватывают направляемый в атмосферу зондирующий лазерный пучок.

Бифуркационный световолоконный жгут с гексагональной укладкой центров световедущих жил, кроме общего торцевого входа 4, содержит также два раздельных канала 3 и 5 с линзовыми коллиматорами на концах. Прозрачная оптическая пластина 2 закреплена на выходе лазера 1 и отводит часть лазерного зондирующего излучения на передающий световолоконный канал 3, который является центральной жилой выходного торца 4 световолоконного жгута. Остальные жилы общего торца 4 жгута являются приемным телескопом и собраны в отдельный канал 5.

На выходе приемного телескопа 6 и торца канала 5 световолоконного жгута на их оптической оси установлены соответственно фотоприемники 8 и 7, электрически связанные с системой управления, регистрации и обработки информации 9, которая также подключена к лазеру 1.

Все блоки и составляющие узлы, и элементы лидара располагаются и закреплены на общем основании и находятся в конструктивном единстве, определяемом принципом работы лидара, когда все фотоэлектронные устройства должны находиться на оптической оси.

Двухапертурный лидар с оптоволоконной оптикой для зондирования атмосферы работает следующим образом.

Система управления 9 подает команду на запуск лазера 1, который на выходе выдает импульсное лазерное излучение. Излучение поступает на прозрачную пластину 2 расположенную на оптической оси лазера 1. Основной поток излучения, пройдя прозрачную пластину 2, направляется непосредственно в атмосферу. Часть излучения, отражаясь от прозрачной пластины 2, поступает на вход передающего световолоконного канала 3 и далее по центральной жиле на торец 4 световолоконного жгута и затем направляется в атмосферу, образуя вторичный лазерный пучок излучения.

Таким образом, от лазера формируются два зондирующих лазерных пучка излучения - основной и вторичный для ближней зоны. Вторичный вспомогательный пучок проходит через центральную жилу общего торца 4 световолоконного жгута и тем самым всегда находится внутри угла поля зрения приемного канала, образуемого остальными световыми жилами общего входного торца 4.

Рассеянное атмосферой в обратном направлении лазерное излучение поступает на вход приемного телескопа 6 и входного торца 4 световолоконного жгута, а затем на фотоприемники 8 и 7, где световые сигналы преобразуются в электрические. С общего торца 4 световолоконного жгута, оптический сигнал к фотоприемнику 7 поступает по приемному световодному каналу 5, состоящему из нецентральных жил бифуркационного световодного жгута. Электрические сигналы с фотоприемников 7 и 8 поступают в систему управления, регистрации и обработки информации 9, где происходит их оцифровка и дальнейшая обработка по получению оптико-физической информации о параметрах атмосферы.

Поскольку с помощью оптического световолоконного канала 3, пучок лазерного излучения направляется в атмосферу непосредственно от общего торца 4 световолоконного жгута, а его угол поля зрения целиком охватывает зондирующий пучок, то регистрация лидарных сигналов осуществляется в непосредственной близости от лидара.

Литература:

1. Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Клемашева М.Г., Пеннер И.Э., Самойлова С.В., Новоселов М.М., Насонов С.В. Патент (Россия), № 188541 Многоволновой лидар для зондирования атмосферы. Патентообладатель: ИОА СО РАН. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей РФ 16 апреля 2019 г.

2. Жарков В.И., Бобровников С.М., Горлов Е.В. Патент (Россия) № 177419 Лидар для дистанционного измерения температуры и влажности атмосферы с минимальной мертвой зоной зондирования. Патентообладатель: ИОА СО РАН. Зарегистрировано в госреестре полезных моделей РФ 21 февраля 2018 г.

Claims (1)

1. Лидар для зондирования атмосферы, включающий жестко связанные между собой на общем основании источник лазерного излучения и два приемных телескопа с углами поля зрения, охватывающими зондирующий лазерный пучок, на оптических осях которых установлены фотоприемники, подключенные к системе управления, регистрации и обработки информации, отличающийся тем, что один из приемных телескопов выполнен на основе бифуркационного световолоконного жгута с гексагональной укладкой центров световедущих жил, содержащий два раздельных канала с линзовыми коллиматорами, оптическая пластина закреплена на выходе лазера и отводит часть излучения на световой канал, который является центральной жилой жгута, остальные жилы жгута являются приемным телескопом и собраны в отдельный канал.

Images