[發明專利]手持式雙工作模式的激光散射式氣溶膠衰減特性測量儀

在審

• 申請號: 202110853466.6
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113640222A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 王春勇;劉敬堯;戴昊;嚴偉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/53
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種手持式雙工作模式的激光散射式氣溶膠衰減特性測量儀，包括激光發射端、信號接收端、連接端和握把，激光發射端包括方波驅動電路、激光二極管、發射望遠鏡與準直鏡，信號接收端包括接收望遠鏡、濾光片、光電轉換模塊、信號采集模塊與濾波模塊、控制模塊和顯示屏幕，連接端包括三個可以同軸旋轉且內含步進電機受控制旋轉的圓環以及分別連在三個圓環上的等長的伸縮桿。本發明提供的激光散射式氣溶膠衰減特性測量儀體積小、重量輕、結構小巧緊湊、方便手持與攜帶、使用簡單、探測速度快、應用廣泛，可任意調整測量角度而且成本低廉操作方便，同時可用于補償透射式能見度儀在氣溶膠衰減特性較小時的高能見度。

技術領域

本發明涉及激光設備技術領域，具體是一種手持式雙工作模式的激光散射式氣溶膠衰減特性測量儀。

背景技術

大氣衰減特性是光在大氣中的傳輸特性之一。因大氣介質對光有消光現象，導致光在介質中傳播過程中發生了能量衰減，減小了光的傳播距離。能使光發生能量衰減的是大氣中氣體分子(水蒸汽、二氧化碳、臭氧等)、水汽凝結物(冰晶、雪、霧等)及懸浮微粒(塵埃、煙、鹽粒、微生物等)的吸收和散射作用，其中水汽凝結物和懸浮微粒可以統稱為氣溶膠粒子。

當光的波長在可見光范圍內，大氣衰減特性可以表示為能見度。能見度在污染預警、天氣預測、交通安全和航空安全的領域有著重要作用。

然而對光的大氣衰減特性的研究不僅限于可見光。隨著紅外光在熱成像儀和夜視儀等領域的廣泛應用，測量紅外光的大氣衰減特性可以更深入地了解大氣對紅外成像過程的影響。尤其在主動式紅外成像過程中，大氣中的氣溶膠會影響紅外發射光的強度和紅外反射光成像的質量，使得紅外成像在特殊天氣下有一定的距離限制。

隨著激光技術的發展與完善，激光逐漸應用到雷達等領域，尤其在激光雷達和激光測距這兩個方向，測量紅外激光的大氣衰減特性也具有實際意義。激光雷達和激光測距儀在量程范圍不大的情況下，激光在大氣中氣溶膠的衰減影響比較小。除了極個別極端天氣外，往往忽略氣溶膠帶來的衰減影響。但是對于幾公里量程范圍的望遠鏡式激光測距儀和工業激光測距儀，激光在大氣中傳輸的路徑相對較長，氣溶膠帶來的衰減不能忽略。所以激光在大氣中的傳輸過程中氣溶膠的衰減特性的數值大小尤為重要。測量出大氣衰減特性，可以得出不同天氣對激光雷達和激光測距儀量程的影響。

隨著通信技術不斷發展，激光通信與光纖通信已經廣泛應用于日常的生活中。不同于光纖通信需要依賴光纖作為光介質且受制于光纖的質量和長度，激光通信不需要額外的人造介質。此外，使用紅外光作為光源，更加突出激光通信的隱秘性。沒有了光纖和光纖相關的光耦器件使得激光通信結構輕便、安裝便捷，能適應各種特殊地形，可以實現樓宇間、島與島之間和山頂與山頂之間的加密通信。同時，激光通信具有電磁兼容性好、抗電磁干擾能力強等優點。衛星間通信的空間激光通信由于處在大氣層外，大氣稀薄使得激光通信傳輸損耗小，傳輸距離遠，通信質量高。但是處在大氣層內部的激光通信以大氣作為介質，受制于大氣的衰減和吸收，即不同的天氣狀況會對激光通信帶來不同的影響，嚴重影響通信質量。所以研究激光在大氣中的衰減特性是非常重要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種手持式雙工作模式的激光散射式氣溶膠衰減特性測量儀，能夠在兩個工作模式下測量氣溶膠的衰減特性和能見度，測量高能見度時的氣溶膠衰減特性和能見度，可用于補償透射式能見度儀在氣溶膠衰減特性較小時的高能見度，可以手動緩慢旋轉角度并且同時測量各個角度的氣溶膠衰減特性和能見度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種手持式雙工作模式的激光前向散射式氣溶膠衰減特性測量儀，包括激光發射端、信號接收端和握把，其中：

所述激光發射端包括方波驅動電路、激光二極管、發射望遠鏡與準直鏡，所述激光二極管位于發射望遠鏡焦點處，準直鏡位于發射望遠鏡前端；

所述信號接收端包括接收望遠鏡、濾光片、光電轉換模塊、信號采集模塊與濾波模塊、控制模塊和顯示屏，所述濾光片位于接收望遠鏡的前端，所述光電轉換模塊位于接收望遠鏡焦點處；