[發明專利]大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置及探測方法

有效

• 申請號: 201210105749.3
• 申請日: 2012-04-11
• 公開（公告）號: CN102628946A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 曹念文;施建中;楊豐愷;周昭明
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;裴詠萍

技術領域：

本發明涉及一種大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置及探測方法，屬激光大氣探測領域。

背景技術：

大氣二氧化硫和臭氧廓線的常規傳統的測量方法是無線電探空技術和激光雷達測量。

不足和存在的問題：無線電探空儀探測的精確度和實際地空間位置坐標存在很大的不確定性；太陽光度計測量的是整層大氣的臭氧和二氧化硫的含量，不能進行空間分辨測量；而激光雷達測量比探空測量方便準確，但是就用激光雷達對大氣臭氧廓線進行測量而言，國內外常規的測量方法是差分吸收激光雷達測量，該方法所需要的激光光源的條件很苛刻，染料壽命很短導致激光光源的能量不穩定，而且不經濟；

最主要的問題：采用的波段都是紫外波段，但是在紫外波段臭氧和二氧化硫都存在吸收，這導致臭氧和二氧化硫的探測存在相互的干擾，使測量的結果不夠精確。

發明內容：

本發明的目的是提供一種大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置，該裝置可以用來對影響大氣環境和氣候的臭氧和二氧化硫進行長期的，較大高度范圍內的準確測量，測得的數據具有準確性，可靠性，可以用來對大氣環境和氣候變化的研究。

本發明同時提供一種探測方法，該發明方法簡單，激光回波能量穩定，測量的結果較常規差分吸收測量結果精確。

本發明的目的是通過以下措施實現的：

大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置，該裝置包括：

光路、數據采集單元、主控計算機，所述光路前部依次包括：激光發射器、擴束器、反射鏡、接收望遠鏡和準直鏡，光路的后部接收分別為分色鏡、半反半透鏡(532nm/266nm)和全反鏡(532nm/266nm)；

所述分色鏡的分光送入光電探測器A，半反半透(532nm/266nm)鏡的反射光送入光電探測器B，全反鏡(532nm/266nm)的反射光送入光電探測器C，光電探測器A、B經數據采集單元與主控制計算機相連，光電探測器C經A/D轉數據換采集單元與主控計算機相連，所述光電探測器A、B均設有門控單元，各門控單元分別與主控計算機相連。

激光發射器采用Nd:YAG激光器；光電控制器A、B、C采用光電倍增管，門控單為光電倍增管門控電路；所述數據采集單元為光子計數卡和A/D轉換數據采集卡。

一種探測方法，包括以下步驟：

Nd:YAG激光器的二倍頻532nm和四倍頻266nm光經過擴束鏡擴束后，再經過反射鏡垂直反射進入大氣，激光在大氣中發生瑞利、拉曼和米散射，散射光被望遠鏡接受，聚焦在望遠鏡的焦點上，再經過準直鏡準直后被分色鏡、半反半透(532nm/266nm)鏡和全反鏡(532nm/266nm)，分別進入拉曼和瑞利/米通道，

散射光中的氮拉曼光607nm被第一分色鏡分出進入拉曼通道，由光電探測器A探測后經數據采集單元送入主控計算機，測得拉曼散射回波信號強度P(z)；

散射光中的532nm光(遮擋住266nm光源)經半反半透鏡反射后進入瑞利通道，由光電探測器B探測后經數據采集單元送入主控計算機，測得高空瑞利散射(532nm)回波信號強度Q(z)；

散射光中的532nm光(擋住266nm光源)經半反半透鏡透射光鏡全反鏡反射進入米通道，由光電探測器C探測后經A/D轉換數據采集單元送入主控計算機，測得低空米散射(532nm)回波信號強度Q(z)；

將拉曼通道607nm的拉曼散射回波信號P(z)和瑞利/米通道532nm的散射回波信號Q(z)代入伯努利方程組：

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