[發明專利]一種測量溫室氣體濃度的激光雷達系統

有效

• 申請號: 202211219321.1
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115290599B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 吳松華;劉金濤;于翠榮;李榮忠;王希濤;秦勝光;王琪超
• 申請（專利權）人: 青島鐳測創芯科技有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01;G01S7/484
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳建平

1.一種測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，其特征在于，包括：激光發射模塊、氣體吸收池、采集控制與數據分析模塊；所述激光發射模塊包括：可調諧激光器以及OFF激光器；所述氣體吸收池中的氣體為根據待測氣體選擇；

所述可調諧激光器與所述氣體吸收池相連，用于發射多個不同目標波長下的ON激光至所述氣體吸收池；

所述采集控制與數據分析模塊與所述氣體吸收池相連，用于根據所述氣體吸收池對所述ON激光的透過率得到所述可調諧激光器發射的所述目標波長對應的絕對波長值；

所述激光發射模塊還用于發射OFF激光和所述目標波長下的所述ON激光至待測區域，以便于所述采集控制與數據分析模塊根據所述OFF激光和所述ON激光的回波以及所述絕對波長值得到所述待測區域中所述待測氣體的濃度；

所述采集控制與數據分析模塊根據所述回波對應的光學厚度以及所述絕對波長值繪制出光學厚度隨波長的變化曲線，并將所述光學厚度隨波長的變化曲線與光學厚度隨波長分布理想曲線擬合以得到氣體濃度信息；

所述光學厚度隨波長分布理想曲線為根據空氣分子數總密度、所測氣體的吸收掃描波長和OFF波長的吸收截面差值、距離分辨率、所述所測氣體的固定體積比濃度得到；

所述絕對波長值為根據氣體吸收池透過率曲線與氣體吸收池透過率標準曲線擬合得到；所述氣體吸收池透過率曲線為根據所述透過率得到；其中，所述氣體吸收池透過率標準曲線為根據所述氣體吸收池的溫度、壓力、光程、氣體濃度、以及吸收截面得到。

2.根據權利要求1所述的測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，其特征在于，還包括：光纖耦合器、第一探測器、第二探測器、吸收池采集板；

所述可調諧激光器與所述光纖耦合器相連，所述光纖耦合器分別與所述第一探測器和所述氣體吸收池相連，所述氣體吸收池與所述第二探測器相連，所述吸收池采集板分別與所述第一探測器和所述第二探測器相連；所述光纖耦合器將接收的所述ON激光分為兩部分并分別進入所述第一探測器和所述氣體吸收池；所述吸收池采集板采集所述第一探測器和所述第二探測器的信號并發送至所述采集控制與數據分析模塊，以便于所述采集控制與數據分析模塊得到所述透過率。

3.根據權利要求2所述的測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，其特征在于，所述氣體吸收池中的氣體為所述待測氣體的標準氣體。

4.根據權利要求3所述的測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，其特征在于，所述OFF激光器發射的多個所述OFF激光為固定波長。

5.根據權利要求1所述的測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，其特征在于，所述采集控制與數據分析模塊還用于根據未出射到所述待測區域的所述ON激光的本振光和所述ON激光的回波得到多普勒頻移；并根據所述多普勒頻移、所述ON激光的頻率、光速得到所述待測區域的三維風場信息。

6.根據權利要求5所述的測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，其特征在于，所述采集控制與數據分析模塊根據所述多普勒頻移、所述ON激光的頻率、光速得到所述待測區域的所述三維風場信息包括：

根據所述多普勒頻移、所述ON激光的頻率、光速得到所述待測區域多個方向上的徑向風速；

根據多個方向的所述徑向風速得到所述三維風場信息。

7.根據權利要求1所述的測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，其特征在于，還包括：環形器；

所述OFF激光和所述ON激光在發射時通過所述環形器，所述采集控制與數據分析模塊還用于根據所述環形器的光纖端面的反射信號修正所述回波。