一种机载后向散射云粒子探测仪和气象探测设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种机载后向散射云粒子探测仪和气象探测设备。其包括：激光发射模块，其激光光束通过圆偏振器改变为圆偏振光，经由第一聚焦透镜汇聚至待测云粒子；后向散射光探测模块，散射光通过光学4f系统改变为平行光，经由四分之一波片分解为两束线偏振光S光以及P光后，通过偏振分束棱镜分束为相互垂直的S光和P光后，被各自对应的S光聚焦透镜、P光聚焦透镜汇聚至信号探测处理模块；以及信号探测处理模块，其分别将探测信号发送至信号放大电路放大后由信号采集处理电路进行采样分析以确定出待测云粒子对应的相态及尺寸。本实用新型专利技术解决了现有技术中不能够在大浓度情形下准确区分云粒子相态以及尺寸的弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种机载后向散射云粒子探测仪和气象探测设备
本技术属于云中粒子
，具体的说是涉及一种适合机载使用的可分辨云粒子相态的机载后向散射云粒子探测仪和气象探测设备。
技术介绍
分析云中粒子的粒径尺度谱和相态信息，即区分出是小水滴还是小冰晶，在云物理科学研究中具有重要意义。通过云粒子的后向散射光特征探测粒子相态的探测原理基于光的偏振特性和粒子对激光的散射特性。由偏振散射理论可知，大气中球形粒子对线偏振光的后向散射信号仍然是给定方向的线偏振光；但是，对于非球形粒子，其后向散射信号除了有与入射光偏振方向相同的信号外，还有其正交分量，这就是粒子的退偏振效应。退偏振效应的大小依赖于粒子的大小、形状分布、折射率等。利用粒子退偏振效应可以区分球形粒子和非球形粒子。如，在专利号为US20140330459的美国技术专利“Opticalparticledetector”中，美国DMT公司提出一种安装在飞机上可以分辨粒子形态的光学粒子探测仪，光源为发射线偏振光的二极管激光器；国内申请号为CN201510378381.1的中国技术专利“一种云粒子探测方法及探测器”，通过接收云粒子的后向散射信号，探测云粒子对激光的退偏情况，获得云粒子相态，但是其使用的光源并不具有偏振特征；申请号为CN201710217629.5的中国技术专利“基于偏振探测的云粒子探测系统及方法”，系统中包括产生偏振光的激光发射光学单元由二极管激光器、偏振片、半波片构成，产生的是线偏振光束。使用线偏振激光束作为光源来测量后向散射的线性偏振分量，当后向散射以单一散射为主导时，这种方法很有效，但当粒子浓度大、多重散射占据主导时，就会导致偏振模糊，难以正确分辨粒子形态。综上可知，现有技术中尚未出现能够在大浓度情形下准确区分云粒子相态以及尺寸的探测仪器。
技术实现思路
鉴于已有技术不能够在大浓度情形下准确区分云粒子相态的缺陷，本技术的目的是要提供一种机载后向散射云粒子探测仪和气象探测设备，以能够在云粒子浓度较大的情况下可靠工作，准确识别粒子相态。为了实现上述目的，本技术的技术方案：一种机载后向散射云粒子探测仪，包括：激光发射模块，所述激光发射模块至少包括激光光源、圆偏振器以及第一聚焦透镜，其中，由所述激光光源所发射的激光光束通过所述圆偏振器改变为圆偏振光，经由第一聚焦透镜汇聚至待测云粒子；后向散射光探测模块，所述后向散射光探测模块至少包括光学4f系统、四分之一波片、偏振分束棱镜、S光聚焦透镜、P光聚焦透镜，其中，所述待测云粒子所产生的后向散射光通过所述光学4f系统改变为平行光，经由所述四分之一波片分解为两束偏振方向相互垂直的线偏振光-S光以及线偏振光-P光后，通过所述偏振分束棱镜分束为出射方向相互垂直的S光和P光后，被各自对应的S光聚焦透镜、P光聚焦透镜汇聚至信号探测处理模块；以及信号探测处理模块，所述信号探测处理模块至少包括S光-光电探测器、P光-光电探测器、信号放大电路，信号采集处理电路，其中，S光-光电探测器、P光-光电探测器分别将各自对应的S光探测信号、P光探测信号发送至信号放大电路放大后由信号采集处理电路进行采样分析，以确定出待测云粒子对应的相态以及尺寸。基于上述方案，进一步优选的，所述信号采集处理电路通过采样分析子模块确定出待测云粒子对应的相态以及尺寸；所述采样分析子模块通过比较后向散射光与激光发射方向所对应的旋转方向即圆偏振方向确定出待测云粒子对应的相态并通过所探测到的后向散射光的强度总和确定出待测云粒子对应的尺寸；其中，所述圆偏振方向包括左旋圆偏振方向或右旋圆偏振方向，即若为左旋圆偏振方向则确定出待测云粒子对应的相态为液态，若为右旋圆偏振方向则确定出待测云粒子对应的相态为固态；所述待测云粒子对应的尺寸基于粒子的米氏散射理论曲线确定出云粒子尺寸。基于上述方案，进一步优选的，所述光学4f系统至少包括第一准直镜、第二聚焦镜和第二准直镜。基于上述方案，进一步优选的，所述激光光源为二极管激光器，光纤激光器，气体激光器或固体激光器中任意一种激光器所发出的光源。基于上述方案，进一步优选的，所述偏振分束棱镜采用薄膜干涉型偏振分束镜。本技术还要提供一种基于上述任意方案所述的气象探测设备。与现有技术相比，本技术的有益效果：1、本技术所述方案能够使用圆偏振光照射粒子产生的后向散射光的圆偏振方向对云粒子的相态进行探测分析，以达到有效的在大粒子浓度情况下区分云粒子的相态；2、本技术所述方案能够在区分粒子相态的同时由总后向散射光强反演云粒子的有效尺寸，功能多而且总体结构简单。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本技术所述机载后向散射云粒子探测仪的实施例中的实施例1、实施例2所描述的结构示意图；图2是根据本技术所述机载后向散射云粒子探测仪的实施例中的实施例1、实施例2、4所描述的光束传输图。图中：1-激光源，2-圆偏振器，3-第一聚焦镜，4-光学窗口，5-待测云粒子，6-第一准直镜，7-第二聚焦镜，8-第一准直镜，9-带通滤光片，10-四分之一波片，11-偏振分束棱镜，12-第三聚焦镜，13-P光探测器，14-第四聚焦镜，15-S光探测器，16-信号放大电路，17-信号采集处理电路。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如上所述，现有的使用线偏振激光束作为光源来测量后向散射的线性偏振分量，当后向散射以单一散射为主导时，这种方法很有效，但当粒子浓度大、多重散射占据主导时，就会导致偏振模糊，难以正确分辨粒子形态等问题。本技术提供一种机载后向散射云粒子探测仪，包括：激光发射模块，所述激光发射模块至少包括激光光源、圆偏振器以及第一聚焦透镜，其中，由所述激光光源所发射的激光光束通过所述圆偏振器改变为圆偏振光，经由第一聚焦透镜汇聚至待测云粒子；基于上述方案，进一步优选的方案1，所述激光光源为二极管激光器，光纤激光器，气体激光器或固体激光器中任意一种激光器所发出的光源，其波长为可见光或近红外光，如激光源输出635nm准直连续激光；由于不同相态的云粒子后向散射的圆偏振光具有不同的旋转方向，可通过所述圆偏振器将激光光束改变为变成左旋或右旋圆偏振光，以便于通过信号探测处理模块判断后向散射圆偏振光的旋转方向区分云粒子相态；后向散射光探测模块，所述后向散射光探测模块至少包括光学4f系统、四分之一波片、偏振分束棱镜、S光聚焦透镜、P光聚焦透镜，其中，所述待测云粒子所产生的后向散射光通过所述光学4f系统改变为平行光，经由所述四分之一波片分解为两束偏振方向相互垂直的线偏振光-S光以及线偏振光-P光后，通过所述偏振分束棱镜分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载后向散射云粒子探测仪，其特征在于，包括：激光发射模块，所述激光发射模块至少包括激光光源、圆偏振器以及第一聚焦透镜，其中，由所述激光光源所发射的激光光束通过所述圆偏振器改变为圆偏振光，经由第一聚焦透镜汇聚至待测云粒子；后向散射光探测模块，所述后向散射光探测模块至少包括光学4f系统、四分之一波片、偏振分束棱镜、S光聚焦透镜、P光聚焦透镜，其中，所述待测云粒子所产生的散射光通过所述光学4f系统改变为平行光，经由所述四分之一波片分解为两束偏振方向相互垂直的线偏振光‑S光以及线偏振光‑P光后，通过所述偏振分束棱镜分束为出射方向相互垂直的S光和P光后，被各自对应的S光聚焦透镜、P光聚焦透镜汇聚至信号探测处理模块；以及信号探测处理模块，所述信号探测处理模块至少包括S光‑光电探测器、P光‑光电探测器、信号放大电路，信号采集处理电路，其中，S光‑光电探测器、P光‑光电探测器分别将各自对应的S光探测信号、P光探测信号发送至信号放大电路放大后由信号采集处理电路进行采样分析，以确定出待测云粒子对应的相态以及尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种机载后向散射云粒子探测仪，其特征在于，包括：激光发射模块，所述激光发射模块至少包括激光光源、圆偏振器以及第一聚焦透镜，其中，由所述激光光源所发射的激光光束通过所述圆偏振器改变为圆偏振光，经由第一聚焦透镜汇聚至待测云粒子；后向散射光探测模块，所述后向散射光探测模块至少包括光学4f系统、四分之一波片、偏振分束棱镜、S光聚焦透镜、P光聚焦透镜，其中，所述待测云粒子所产生的散射光通过所述光学4f系统改变为平行光，经由所述四分之一波片分解为两束偏振方向相互垂直的线偏振光-S光以及线偏振光-P光后，通过所述偏振分束棱镜分束为出射方向相互垂直的S光和P光后，被各自对应的S光聚焦透镜、P光聚焦透镜汇聚至信号探测处理模块；以及信号探测处理模块，所述信号探测处理模块至少包括S光-光电探测器、P光-光电探测器、信号放大电路，信号采集处理电路，其中，S光-光电探测器、P光-光电探测器分别将各自对应的S光探测信号、P光探测信号发送至信号放大电路放大后由信号采集处理电路进行采样分析，以确定出待测云粒子对应的相态以及尺寸。2.根据权利要求1所述的机载后向散射云粒子探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍波，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：新型
国别省市：四川,51