一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统技术方案

本实用新型专利技术为一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，涉及大气污染物分布及浓度探测领域。包括激光发射系统、信号接收系统、主控系统；激光发射系统，用于交替反射两束相同功率多种波长的激光信号；信号接收系统，用于接收污染气体的后向散射信号；主控系统，用于对接收到的后向散射信号进行数据处理与分析。与现有技术较之优势在于使用工控机通过串口通信实现对激光发射器、三维转台、信号采集卡三者通讯使系统运行更加便捷，优化，处理更加实时，快捷。

An integrated system of mid infrared differential absorption lidar

【技术实现步骤摘要】
一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统
本技术属于大气科学领域，具体涉及一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统。
技术介绍
如今环境污染十分严重，日益恶化的空气质量越来越受到人们的关注，我国大气环境污染形式日趋严重，且已从单一型污染转变为混合型污染。烟尘、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等污染物排放总量都高居世界第一，超过了环境自净能力，环境状况的恶化导致经济发展、群众健康、社会稳定都受到了严重威胁。大气污染气体特别是SO2、CH4，CO，NO2对环境以及人体有一定危害，主要包括：形成酸雨，对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化造成影响，大气能见度降低，地表水酸化、富营养化，增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量，导致已患呼吸道疾病患者产生过敏反应、损害肺功能，增加儿童呼吸道疾病的发病率。可以说对于大气污染气体浓度的检测，一直是广大学者关注的焦点。激光雷达作为环境污染物监测的重要工具，具有抗干扰能力强、空间分辨率高、探测灵敏度高、测量光程长等优势，被广泛应用于气溶胶、臭氧、大气中各类污染气体的探测。差分吸收激光雷达作为激光雷达的一种，是近年来环境监测领域的新技术，被广泛应用于污染气体的浓度探测。它通过发射两束相同功率不同波长的激光，其中一束波长位于目标气体吸收谱线吸收峰附近，称之为on波长，另一束波长位于目标气体吸收谱线谷底，称之为off波长。目标气体对两束激光的吸收强度不同，使得大气散射回波信号衰减不同，通过检测这两束反射光的强度差就可计算出被测气体在大气中的浓度大小。差分吸收激光雷达系统的光源一般采用一台激光雷达交替发射两束激光或者两台激光器同时发射两束激光的方法，并且空间探测还需要用到三维转台等设备，相对于其他系统而言较为复杂。如何高效，可靠的实现对系统控制，将大大提升整套系统的性能。以往的差分吸收激光雷达系统中，三维转台，激光器，采集卡都相对独立，各有各的控制部分，并且接收到的数据一般不会实时处理反演。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能合理有效控制三个部分的中红外差分吸收激光雷达系统，实现整个系统一体化，在实际探测时能够有效减少人为操作，实现一键化运行。为了达到上述目的，本技术采用如下技术解决方案：一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，包括激光发射系统、信号接收系统、主控系统；激光发射系统，用于交替反射两束相同功率多种波长的激光信号；信号接收系统，用于接收污染气体的后向散射信号；主控系统，用于对接收到的后向散射信号进行数据处理与分析。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述激光发射系统包括激光器、扩束镜、第一45°全反镜、第二45°全反镜、第三45°全反镜，三维转台；所述激光器交替发射功率为500Hz的波长为3424nm、3414nm的两种激光束分别经扩束镜、第一45°全反镜、第二45°全反镜、第三45°全反镜，三维转台进入大气。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述信号接收系统包括牛反式望远镜、第四45°全反镜、小孔、准直镜、滤光片、光电探测器、信号采集卡；所述望远镜接收污染气体的后向散射信号，再依次经过第四45°全反镜、小孔、准直镜、滤光片、直接进入光电探测器，光电探测器将光子信号转化为电信号并传输至信号采集模块，信号采集模块将采集到的电信号传输至主控系统。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述主控系统使用工控机分别与激光器、三维转台、信号采集卡连接，通过主控软件实现三者之间实现通信，完成控制、采集、处理任务一体化。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述第一至第三45°全反镜为镀金膜45°全反镜。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述三维转台选用NI-PCI7342两轴伺服控制卡，控制水平直流力矩电机和垂直直流力矩电机转动进行空间扫描。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述望远镜采用300mm口径的牛反式望远镜，其接收视场角为0.25mrad。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述光电探测器为VIGOPVI-4TE型号的光电探测器。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述信号采集模块采用M2i.4960型号采集卡。进一步的，本技术所提出的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，所述第四45°全反镜为镀金膜45°全反镜。本技术提出使用工控机通过串口通信实现对激光发射器、三维转台、信号采集卡三者通讯，在不同模式探测污染物浓度，在数据采集方面实现实时采集，处理，显示，能有效监测数据的质量，在数据保存方面，扫描头实时反馈位置信息给工控机，工控机在保存采集数据的同时，记录下相应位置信息，以备后续查看。本技术采用以上技术方案，与常规中红外差分吸收激光雷达系统相比，本技术整个系统运行更加便捷，优化，处理更加实时，快捷。附图说明图1是本技术雷达结构示意图；图2是本技术三维转台示意图；图中，1-激光器，2-第一45°全反镜，3-第二45°全反镜，4-扩束镜，5-三维转台，6-第三45°全反镜，7-望远镜，8-第四45°全反镜，9-小孔，10-准直镜，11-滤光片，12-光电探测器，13-工控机。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案做进一步详细的说明。如图1所示，本技术提出一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，其特征在于：包括激光发射系统、信号接收系统、主控系统；激光发射系统，用于交替反射两束相同功率多种波长的激光信号；信号接收系统，用于接收污染气体的后向散射信号；主控系统，用于对接收到的后向散射信号进行数据处理与分析。激光发射系统包括激光器1、扩束镜4、第一45°全反镜2、第二45°全反镜3、第三45°全反镜6，三维转台5；所述激光器1交替发射功率为500Hz的波长为3424nm、3414nm的两种激光束分别经扩束镜4、第一45°全反镜2、第二45°全反镜3、第三45°全反镜6，三维转台5进入大气。信号接收系统包括牛反式望远镜7、第四45°全反镜8、小孔9、准直镜10、滤光片11、光电探测器12、信号采集卡；望远镜7接收污染气体的后向散射信号，再依次经过第四45°全反镜8、小孔9、准直镜10、滤光片11、直接进入光电探测器12，光电探测器12将光子信号转化为电信号并传输至信号采集模块，信号采集模块将采集到的电信号传输至主控系统。主控系统使用工控机13分别与激光器1、三维转台5、信号采集卡连接，通过主控软件实现三者之间实现通信，完成控制、采集、处理任务一体化。作为上述方案的具体实施例，第一45°全反镜2、第二45°全反镜3、第三45°全反镜6、第四45°全反镜8均为镀金膜45°全反镜，三维转台5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，其特征在于：包括激光发射系统，用于交替反射两束相同功率多种波长的激光信号；信号接收系统，用于接收污染气体的后向散射信号；主控系统，用于对接收到的后向散射信号进行数据处理与分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，其特征在于：包括激光发射系统，用于交替反射两束相同功率多种波长的激光信号；信号接收系统，用于接收污染气体的后向散射信号；主控系统，用于对接收到的后向散射信号进行数据处理与分析。


2.根据权利要求1所述的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，其特征在于：所述激光发射系统包括激光器、扩束镜、第一45°全反镜、第二45°全反镜、第三45°全反镜，三维转台；所述激光器交替发射功率为500Hz的波长为3424nm、3414nm的两种激光束分别经扩束镜、第一45°全反镜、第二45°全反镜、第三45°全反镜，三维转台进入大气。


3.根据权利要求1所述的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，其特征在于：所述信号接收系统包括牛反式望远镜、第四45°全反镜、小孔、准直镜、滤光片、光电探测器、信号采集卡；所述望远镜接收污染气体的后向散射信号，再依次经过第四45°全反镜、小孔、准直镜、滤光片、直接进入光电探测器，光电探测器将光子信号转化为电信号并传输至信号采集模块，信号采集模块将采集到的电信号传输至主控系统。


4.根据权利要求1所述的一种中红外差分吸收激光雷达一体化系统，其特征在于：所述主...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜令兵，龚宇，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32