[發(fā)明專利]電動(dòng)蝸桿式激光雷達(dá)回波光譜分離器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510272034.0
• 申請(qǐng)日: 2015-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN105137413A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈洪濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 賈洪濤
• 主分類號(hào): G01S7/481
• 分類號(hào): G01S7/481
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜分離器領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)蝸桿式激光雷達(dá)回波光譜分離器。

背景技術(shù)

隨著激光和光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，激光雷達(dá)在大氣遙感中的應(yīng)用越來越多。利用激光探測(cè)指向性好；分辨率高的特性，遙測(cè)大氣，接受大氣散射光并進(jìn)行分析處理，可反演推算大氣各項(xiàng)目參數(shù)，如溫度、速度、氣體性質(zhì)等。由于大氣對(duì)同一入射光存在著彈性散射和非彈性散射（即轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼和振動(dòng)拉曼），而這兩種散射造成的回波光譜又分布在不同的波段上。另外，由于大氣中含有的氣體成分不同，也會(huì)造成非彈性散射的回波分布在不同的波段上。因此，對(duì)不同光譜的分離、提取、分析處理是當(dāng)今測(cè)量大氣參數(shù)的必備手段和方法。

目前的發(fā)展?fàn)顩r

目前的激光雷達(dá)在回波提取技術(shù)中，通常是使用窄帶干涉濾光片、FP標(biāo)準(zhǔn)具等，但僅能提取一種波段的光譜，這樣的光探測(cè)使得得到的有用信息非常有限，僅能測(cè)出某一項(xiàng)的大氣參數(shù)，無法有效利用激光雷達(dá)回向散射信號(hào)內(nèi)包含的信息，造成目前的激光雷達(dá)功能單一。

現(xiàn)在常用的光譜分離技術(shù)有高光譜分辨率光柵分光儀，多光柵單色儀等，通過空間分光再使用透鏡合光完成多種光譜的分離。這種技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，對(duì)安裝工藝要求甚高。

目前國內(nèi)有專業(yè)人士研究出了諸如使用具有透射和反射功能的濾光片組成的激光雷達(dá)大氣回波光譜分離裝置，可以同時(shí)輸出5路各自不同的光譜信號(hào)。這種技術(shù)雖然可以將光波回波信息進(jìn)行光譜分離，但是，5個(gè)輸出光信號(hào)是同時(shí)輸出，在空間上各自獨(dú)立，造成了在后續(xù)步驟里還需要將這5路信號(hào)分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，硬件成本巨大。

另外，使用濾光鏡轉(zhuǎn)盤也是實(shí)現(xiàn)光譜分離的實(shí)用技術(shù)之一。它是采用在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上載有多個(gè)濾光片，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)使得不同的濾光片處于光路通道上，完成對(duì)某一光譜的分離。但是，這種技術(shù)，一是外觀尺寸大，不利于野外測(cè)量用途的激光雷達(dá)的便攜，二是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)精度要求極高，若濾光片的步進(jìn)位置與光路重合的不好，易造成回波信號(hào)的損失，影響激光雷達(dá)的探測(cè)精度。另外，若出現(xiàn)機(jī)械故障，對(duì)應(yīng)濾光片不到位的情況是無法進(jìn)行撿測(cè)的，易造成錯(cuò)誤測(cè)量。

因此，針對(duì)激光探測(cè)大氣的需求，研發(fā)一種成本低，實(shí)用性強(qiáng)的激光雷達(dá)回波光譜分離器，將用的各個(gè)光譜信息全部提取出來，大幅增強(qiáng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)功能，拓展激光雷達(dá)的應(yīng)用范圍是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)蝸桿式激光雷達(dá)回波光譜分離器，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種電動(dòng)蝸桿式激光雷達(dá)回波光譜分離器，包括濾光片和分離器殼體，所述分離器殼體內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)濾光片導(dǎo)槽和濾光片支架，所述濾光片可上下移動(dòng)的設(shè)置在濾光片導(dǎo)槽內(nèi)；所述分離器殼體上還設(shè)置有驅(qū)動(dòng)濾光片上下移動(dòng)的電動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，所述電動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)的蝸輪輸出軸連接有旋轉(zhuǎn)絲杠，所述旋轉(zhuǎn)絲桿設(shè)置在濾光片支架上，所述旋轉(zhuǎn)絲桿上還設(shè)置有帶動(dòng)濾光片上下移動(dòng)的移動(dòng)絲母；所述分離器還包括用于控制各路濾光片在光路上不同位置的控制模塊；所述分離器包括如下波段的濾光片：透射波段1，353nm~354nm；透射波段2，354.3nm~354.6nm；透射波段3，354.9nm~355.1nm；透射波段4，405nm~410nm，透射波段5，384nm~389nm；透射波段6，527nm~533nm；透射波段7，606nm~609nm；透射波段8，659nm~662nm；透射波段9，530.2nm~531.2nm；透射波段10，528nm~529.5nm。

進(jìn)一步，所述分離器殼體上設(shè)置多個(gè)電動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，一個(gè)電動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)一個(gè)濾光片。

進(jìn)一步，所述濾光片與濾光片導(dǎo)槽之間設(shè)置有滾珠，所述滾珠固定在滾珠支承架上，所述滾珠支承架固定在分離器殼體上。

進(jìn)一步，所述濾光片支架上設(shè)置有用于檢測(cè)濾光片位置的微型位置開關(guān)。

進(jìn)一步，所述濾光片導(dǎo)槽的頂部還設(shè)置有指示燈，所述指示燈包括用于表示濾光片處于正常光路位置的綠燈和處于非工作位的紅燈。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①被分離的光譜信號(hào)均為從一個(gè)光路端口輸出，便于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采樣，只需一路采樣模塊，大大降低了采樣電路的硬件成本；

②最多可進(jìn)行10種光譜信號(hào)的分離；

③光譜分離速度快，無誤差，由于采用的是類似幻燈片放映的機(jī)制，使用電動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，轉(zhuǎn)換速度快；

④可隨機(jī)對(duì)兩個(gè)或多個(gè)濾光片進(jìn)行組合，組成某光譜范圍內(nèi)的帶通濾波器，滿足激光雷達(dá)某些特殊測(cè)量的需求。