[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

本申請公開了一種測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，應用于氣體測試技術領域。可調諧激光器發射多個不同目標波長下的ON激光至氣體吸收池，根據ON激光的透過率得到目標波長對應的絕對波長值。激光發射模塊發射OFF激光和目標波長下的ON激光至待測區域，以便于根據激光的回波和絕對波長值得到待測氣體的濃度。本方案氣體吸收池直接測量絕對波長值，不需要鎖頻單元進行鎖定，還可以出射不同的目標波長下的ON激光，進行多點掃描，通過多個波長點的ON激光可得到比當前方案中僅出射一個波長點的ON激光更加準確的氣體濃度值。本申請還可同時獲取風場和溫室氣體濃度以得到氣體通量；也可利用環形器的端面反射做監控，做到無盲區探測。

技術領域

本申請涉及氣體測試技術領域，特別是涉及一種測量溫室氣體濃度的激光雷達系統。

背景技術

大氣中溫室氣體濃度增加導致的全球氣溫升高，引起了世界各國政府和科學家的共同關注，已成為全球生態環境研究中的一個熱點領域。為減緩溫室氣體過度排放造成的氣候變化，世界各國以協約的方式共同減排溫室氣體。而對溫室氣體的監測顯得十分重要，例如，針對待測氣體為CO2的測量，可通過1臺激光器對待測區域進行掃描，從而獲取CO2濃度。但是，激光器發射的ON激光的波長受各種因素影響，會導致最終得到的波長值和設定的波長值不一致，因此，通常使用鎖頻單元將激光器的波長鎖定在一個具體的位置。

當前使用鎖頻單元將激光器的波長鎖定在一個具體的位置的方案，雖然能夠得到一個已知量的波長，但是，使用此方案只能得到一個固定波長點下的數據，導致最終得到的氣體濃度準確性較低。

由此可見，如何獲取準確的氣體濃度，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本申請的目的是提供一種測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，以便于獲取準確的氣體濃度。

為解決上述技術問題，本申請提供一種測量溫室氣體濃度的激光雷達系統，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。

優選地，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。

優選地，所述氣體吸收池中的氣體為所述待測氣體的標準氣體。

優選地，所述OFF激光器發射的多個所述OFF激光為固定波長。

優選地，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。

優選地，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。