[發(fā)明專利]一種微脈沖差分吸收激光雷達水汽時空分布自動連續(xù)探測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310163587.3
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN103293116A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 董云升;趙雪松;陸亦懷;劉文清;劉建國;張?zhí)焓?/a>;范廣強;徐寒楊
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;楊學明

1.一種微脈沖差分吸收激光雷達水汽時空分布自動連續(xù)探測裝置，其特征在于包括：水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）、水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）、激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）、信號探測系統(tǒng)（4）、三維轉動平臺（5）、信號同步器（6）、計算機（8）、瞬態(tài)記錄儀（7）、自動溫濕度記錄儀（9）、電子經緯儀（16）、電子羅盤（15）、第一45°全反鏡（10）、第二45°全反鏡（11）、第一擴束鏡（13）、第二擴束鏡（14）和直角棱鏡（12）；所述水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）和水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）分別搭載在激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）中部兩側，水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）為具有寬線寬特征，中波長位于890-980nm之間，線寬大于2.5nm，線寬能夠覆蓋水汽的多個吸收譜線；所述水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）線寬不限，中心波長位于860-890nm或者980-1070nm范圍內；電子經緯儀（16）和電子羅盤（15）分別搭載在激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）尾部兩側，實時與計算機（8）通訊；水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）、水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）的探測波長分別被第一擴束鏡（13）和第二擴束鏡（14）進行準直擴束，兩束激光光源發(fā)散角擴束后均小于0.1mrad，分別被第一45°全反鏡（10）和第二45°全反鏡（11）折返，由直角棱鏡（12）發(fā)射到大氣中；所述第一45°全反鏡（10）和第二45°全反鏡（11）調整架調諧精度高，旋鈕調整1°光束指向性調整0.02mrad；所述第一擴束鏡（13）、第一45°全反鏡（10）和水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）具有相同的中心高，依次安裝在激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）上；所述第一擴束鏡（14）、第一45°全反鏡（11）和水汽吸收峰譜線探測激光光源（2）具有相同的中心高，依次安裝在激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）上；所述激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）搭載到三維轉動平臺（5）上，使激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）能夠指向任意俯仰角和方位角；信號探測系統(tǒng)（4）安裝在接收光學系統(tǒng)（3）尾部端平面上，二者光軸重合；所述計算機（8）自動控制系統(tǒng)各部件工作，計算機（8）向二維轉動平臺（5）發(fā)送角度調整信號，三維轉動平臺（5）調整激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）的俯仰角和方位角，調整完成后返回信號給計算機（8），計算機（8）接收到角度調整完成信號后，分別給信號同步器（6）和瞬態(tài)記錄儀（7）發(fā)送工作信號，同時讀取自動溫濕度記錄儀（9）、電子羅盤（15）和電子傾角儀（16）的數據；同步器（6）和瞬態(tài)記錄儀（7）接收到工作信號后，進入預工作狀態(tài)，向計算機（8）返回信號；所述信號同步器（6）向水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）、水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）、瞬態(tài)記錄儀（7）同時發(fā)送采集信號，并反饋信號給計算機（8），計算機（8）開始采集計時，水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）、水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）發(fā)射探測激光脈沖，瞬態(tài)記錄儀（7）同步從非吸收峰探測波長回波信號探測（17）和吸收峰探測波長回波信號探測（18）中讀取數據進行數據采集，并將實際采集脈沖數實時傳送給計算機（8），計算機（8）根據瞬態(tài)記錄儀（7）反饋的實際采集脈沖數進行計時，同時監(jiān)控不同部件的工作狀態(tài)；計時脈沖數結束后，計算機（8）向信號同步器（6）和瞬態(tài)記錄儀（7）發(fā)送停止工作命令，信號同步器（6）和瞬態(tài)記錄儀（7）分別向水汽吸收峰譜線探測激光光源（1）、水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）和非吸收峰探測波長回波信號探測（17）和吸收峰探測波長回波信號探測（18）發(fā)送停止命令，計算機（8）將采集到的光信號數據、溫濕度數據、采集參數和儀器工作狀態(tài)數據保存為激光雷達數據，通過計算機（8）利用差分吸收反演方法進行反演，得到所測光路上的距離分辨水汽濃度廓線，并自動完成對數據的校準；除獲取水汽濃度廓線外，同時得到邊界層高度、顆粒物分布信息、云特性和氣溶膠消光系數特性垂直分布。

2.根據權利要求1所述的微脈沖差分吸收激光雷達水汽時空分布自動連續(xù)探測裝置，其特征在于：所述水汽探測的激光光源為兩個相對獨立的光源，分別為吸收峰譜線探測激光光源（1）和水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2），吸收峰譜線探測激光光源（1）和水汽非吸收峰譜線探測激光光源（2）的探測光束的光軸與激光雷達接收光學系統(tǒng)（3）光軸同軸，探測盲區(qū)小于40m。