RU212086U1 - Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы - Google Patents
Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы Download PDFInfo
- Publication number
- RU212086U1 RU212086U1 RU2022103212U RU2022103212U RU212086U1 RU 212086 U1 RU212086 U1 RU 212086U1 RU 2022103212 U RU2022103212 U RU 2022103212U RU 2022103212 U RU2022103212 U RU 2022103212U RU 212086 U1 RU212086 U1 RU 212086U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- lidar
- temperature
- data processing
- processing unit
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 101700049119 PMT2 Proteins 0.000 description 2
- 206010036618 Premenstrual syndrome Diseases 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101710013679 ogm1 Proteins 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001174 ascending Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001686 rotational spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000005437 stratosphere Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 1
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к технике оптических методов измерения физико-химических параметров вещества и предназначена для удаленного измерения температуры атмосферы. Технический результат полезной модели заключается в уменьшении нелинейность режима регистрации и ошибки измерения температуры атмосферы в ближней зоне лидара. Данный результат достигается тем, что предложен лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы, включающий источник лазерного излучения, на выходе которого расположена передающая оптическая система, посылающая лазерное излучение в атмосферу, приемный телескоп, выход которого через оптический скремблер подключен к входу двойного полихроматора, селектирующий соответствующие оптические сигналы чисто вращательного спектра комбинационного рассеяния, выход полихроматора через моноволоконные световоды оптически связан с входом фотоэлектронных умножителей, преобразующих оптические сигналы в электрические, выход которых подключен к блоку обработки данных для расчета температуры, причем блок обработки данных включает счетчик фотонов с возможностью коррекции мертвого времени.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для дистанционного измерения температуры атмосферы, и может быть использована на метеостанциях и в других системах мониторинга атмосферы.
Известен также аэрологический радиозонд [патент РФ № 59845, 2006 г.], содержащий датчик температуры и радиопередатчик, с помощью которого информация о температуре, поступающая по мере набора высоты радиозонда, передается на наземную станцию сопровождения. Относительно высокая стоимость одноразового измерительного модуля радиозонда при проведении регулярных измерений определяет высокую стоимость эксплуатации такой системы. Другим недостатком системы радиозондирования является неконтролируемость траектории подъема радиозонда. При среднестатистических скоростях переноса воздушных масс в атмосфере при подъеме на высоту в 15-20 километров зонд может оказаться смещенным от исходной точки запуска на десятки и даже сотни километров, что делает затруднительным использование таких профилей температуры в задачах метеопрогноза. При этом время подъема зонда составляет 1,5-2 часа, что приводит к смещению оценки средних значений температуры вследствие нарушения условия стационарности.
Известен лидар, в котором измерение температуры связано c дистанционным определением молекулярной плотности атмосферы на основе эффекта релеевского рассеяния [Shibata T., Kobuchi M., Maeda M. Measurement of density and temperature profiles in the middle atmosphere with a XeF lidar // Applied Optics. 1986. V.25. №5. PP. 685-688] и последующим восстановлением профиля температуры, в предположении гидростатического равновесия атмосферы. Исходной информацией для лидаров такого типа является интенсивность упругого рассеяния зондирующего излучения, для которого принципиально неразделимы вклады молекулярного и аэрозольного рассеяния. Последнее обуславливает основной недостаток метода - он оказывается работоспособным лишь для области атмосферы, где влиянием эффекта аэрозольного рассеяния можно пренебречь. Обычно это интервал высот 30 - 70 километров (стратосфера).
В качестве прототипа выбран лидар для измерения температуры атмосферы на основе эффекта чисто вращательного спектра комбинационного рассеяния (КР) (RU № 183716 от 10 апреля 2018 г.). Известное устройство включает источник лазерного излучения, на выходе которого расположена передающая оптическая система, посылающая лазерное излучение в атмосферу. Рассеянное в направлении назад излучение попадает в приемный телескоп и далее через оптический скремблер в двойной полихроматор, селектирующий соответствующие оптические сигналы участков чисто вращательных спектров комбинационного рассеяния, которые с выхода полихроматора по моноволоконным световодам поступают на катоды фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), преобразующих оптические сигналы в электрические. Далее, электрические сигналы оцифровываются и поступают в блок обработки данных, где выполняется алгоритм вычисления температуры, из отношения интенсивностей сигналов температурно-чувствительных участков (4 и 12) чисто вращательного спектра комбинационного рассеяния на молекулах азота и кислорода.
Недостатком устройства является ошибки измерения температуры атмосферы в ближней зоне лидара из-за нелинейного режима регистрации сигнала. Нелинейный режим регистрации в ближней зоне лидара обусловлен перекрытием одноэлектронных импульсов ФЭУ из-за слишком большой интенсивности сигнала.
Для решения этой задачи предлагается техническое решение, позволяющее уменьшить нелинейность режима регистрации и ошибки измерения температуры атмосферы в ближней зоне лидара.
В этой связи предлагается в блоке обработке данных лидара использовать счетчик фотонов с возможностью коррекции мертвого времени за счет того, что на выходе дискриминатора применяется временная дискриминация перекрывающихся одноэлектронных импульсов, позволяющая компенсировать просчеты и увеличить динамический диапазон регистрации интенсивности входного потока, приводящая к повышению максимальной скорости регистрации одноэлектронных импульсов ФЭУ в 2,72 раза.
Счетчик фотонов с коррекцией мертвого времени известен из изобретения RU № 2743636.
Таким образом, используя счетчик фотонов с возможностью коррекции мертвого времени в блоке обработке данных лидара за счет применения временной дискриминации перекрывающихся одноэлектронных импульсов позволит уменьшить нелинейность режима регистрации и ошибки измерения температуры атмосферы в ближней зоне лидара.
Блок схема предлагаемого лидара приведена на фиг. 1.
Лидар для дистанционного измерения температуры тропосферы состоит: 1 - лазер, работающий на длине волны 355 нм; 2 - передающая оптическая система; 3 - приемный телескоп; 4 - оптический скремблер; 5 - двойной полихроматор; 6, 7 - фотоэлектронные умножители (ФЭУ 1, ФЭУ 2,); 8 - блок обработки данных, включающий счетчик фотонов с коррекцией мертвого времени. Все блоки и узлы лидара располагаются и закреплены на одном основании и находятся в конструктивном единстве.
Принцип работы, предлагаемой лидарной системы заключается в следующем. Источник лазерного излучения (1), на выходе которого расположена передающая оптическая система (2), посылающая лазерное излучение в атмосферу, приемный телескоп (3), выход которого через оптический скремблер (4) подключен к входу двойного полихроматора (5), селектирующий соответствующие оптические сигналы чисто вращательного спектра комбинационного рассеяния, выход полихроматора через моноволоконные световоды оптически связан с входом фотоэлектронных умножителей (6, 7), преобразующих оптические сигналы в электрические, выход которых подключен к блоку обработки данных (8), включающий счетчик фотонов с возможностью коррекции мертвого времени, для расчета температуры. Температура атмосферы вычисляется по формуле:
где I 1 , I 2 - интенсивности сигналов, зарегистрированных с помощью ФЭУ 1 и ФЭУ 2, соответственно, и скорректированные на мертвое время в счетчике фотонов, α, β - калибровочные константы двойного полохроматора.
Claims (1)
- Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы, включающий источник лазерного излучения, на выходе которого расположена передающая оптическая система, посылающая лазерное излучение в атмосферу, приемный телескоп, выход которого через оптический скремблер подключен к входу двойного полихроматора, селектирующий соответствующие оптические сигналы чисто вращательного спектра комбинационного рассеяния, выход полихроматора через моноволоконные световоды оптически связан с входом фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), преобразующих оптические сигналы в электрические, выход которых подключен к блоку обработки данных для расчета температуры, отличающийся тем, что блок обработки данных включает счетчик фотонов с возможностью коррекции мертвого времени.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU212086U1 true RU212086U1 (ru) | 2022-07-06 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU218709U1 (ru) * | 2023-03-27 | 2023-06-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104793218A (zh) * | 2015-05-07 | 2015-07-22 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置 |
| RU177419U1 (ru) * | 2017-07-11 | 2018-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Лидар для дистанционного измерения температуры и влажности атмосферы с минимальной мертвой зоной зондирования |
| CN109164466A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-08 | 北京聚恒博联科技有限公司 | 用于测量温度湿度廓线的激光雷达系统 |
| CN208488547U (zh) * | 2018-07-19 | 2019-02-12 | 北京怡孚和融科技有限公司 | 一种大气温度探测激光雷达系统 |
| RU2743636C1 (ru) * | 2020-04-22 | 2021-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Способ регистрации интенсивности излучения и устройство его реализации в виде счетчика фотонов с коррекцией мертвого времени |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104793218A (zh) * | 2015-05-07 | 2015-07-22 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置 |
| RU177419U1 (ru) * | 2017-07-11 | 2018-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Лидар для дистанционного измерения температуры и влажности атмосферы с минимальной мертвой зоной зондирования |
| CN208488547U (zh) * | 2018-07-19 | 2019-02-12 | 北京怡孚和融科技有限公司 | 一种大气温度探测激光雷达系统 |
| CN109164466A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-01-08 | 北京聚恒博联科技有限公司 | 用于测量温度湿度廓线的激光雷达系统 |
| RU2743636C1 (ru) * | 2020-04-22 | 2021-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Способ регистрации интенсивности излучения и устройство его реализации в виде счетчика фотонов с коррекцией мертвого времени |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU218709U1 (ru) * | 2023-03-27 | 2023-06-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU177419U1 (ru) | Лидар для дистанционного измерения температуры и влажности атмосферы с минимальной мертвой зоной зондирования | |
| CN102830107B (zh) | 测量云中固、液态水含量的激光雷达探测方法与系统 | |
| Leblanc et al. | Ground-based water vapor Raman lidar measurements up to the upper troposphere and lower stratosphere for long-term monitoring | |
| CN102735643B (zh) | 利用自定标的光腔衰荡光谱测量水汽含量的装置和方法 | |
| RU188541U1 (ru) | Многоволновой лидар для зондирования атмосферы | |
| US9664567B2 (en) | Method and apparatus for measuring rail surface temperature | |
| RU160856U1 (ru) | Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы с использованием оптического скремблера | |
| RU183716U1 (ru) | Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы | |
| CN108180930B (zh) | 长距离阵列式光纤光栅传感解调方法及装置 | |
| US4425503A (en) | Method for detecting the presence of a gas in an atmosphere | |
| Balin et al. | Simultaneous measurement of atmospheric temperature, humidity, and aerosol extinction and backscatter coefficients by a combined vibrational–pure-rotational Raman lidar | |
| Hoareau et al. | A Raman lidar at La Reunion (20.8 S, 55.5 E) for monitoring water vapour and cirrus distributions in the subtropical upper troposphere: preliminary analyses and description of a future system | |
| RU212086U1 (ru) | Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы | |
| CN106323500B (zh) | 一种实现温度自校准的光纤拉曼测温系统及其校准方法 | |
| CN106017533A (zh) | 一种快速调谐实时校准光纤光栅解调装置及工作方法 | |
| RU169314U1 (ru) | Лидар для дистанционного измерения температуры и влажности атмосферы | |
| CN114460602A (zh) | 近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统及方法 | |
| CN112859112B (zh) | 基于转动拉曼-多普勒机制的风温探测激光雷达及方法 | |
| RU218709U1 (ru) | Лидар для дистанционного измерения температуры атмосферы | |
| CN111006787B (zh) | 基于差分温度补偿的分布式光纤拉曼双端温度解调方法 | |
| CN210572755U (zh) | 一种基于多普勒展宽测量大气温度的激光雷达系统 | |
| RU116652U1 (ru) | Лидарный комплекс для контроля оптического состояния атмосферы | |
| AU2008263705B2 (en) | Method of optical teledetection of compounds in a medium | |
| CN111385021A (zh) | 一种基于载波调制的多波长光功率监测系统及方法 | |
| RU192991U9 (ru) | Лидар для дистанционного круглосуточного определения температуры и влажности атмосферы |