本发明专利技术公开了一种基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，采用激光发射器交替垂直向上发射两个差分波长的激光光束，侧向散射光在角度α范围内通过成像透镜接收，分别通过滤光器去除大气背景散射光，通过像增强器放大光信号强度后，由CCD成像芯片采集图像信息。本发明专利技术方法消除了后向散射式差分吸收激光雷达的测量盲区，提高了大气边界层污染气体的测量精度和可靠性，对于研究大气边界层污染气体具有十分重要的意义和实用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气污染测量方法领域，具体是一种基于CCD成像激光雷达测量大气 边界层污染气体的装置。
技术介绍
大气污染气体是大气物理、天气预报以及大气环境研究中一个重要的气象参数。 目前比较常用的手段有气球探空、卫星反演和激光雷达探测。激光雷达在探测精度、空间 分辨率和时间分辨率上的优势使其越来越受到科学技术人员的重视。目前，人们为了探测 大气中污染气体的空间分布廓线，常常采用多波长差分吸收激光雷达的方法。如中国科学 院安徽光学精密机械研究所的一项专利技术专利CN 1877308A(授权公告日为2006年12月13 日）中叙述的一种"基于拉曼光源的车载测污激光雷达装置"。该装置采用一台Nd: YAG激 光器分时栗浦不同的拉曼管产生不同的受激拉曼波长用来探测污染气体。但是所有的差分 吸收激光雷达都存在几何因子的问题。由于差分吸收激光雷达发射的两个光束的光学质量 不能完全相同以及和能量分布的不均匀性，导致两个光束的几何因子不一致，进而导致几 何因子区数据反演的误差增大或者完全失效。而大气污染的测量近地面层的空间分布状况 是最重要的监测范围。因此，激光雷达在近端数据的反演和运用都受到巨大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装 置，以实现激光雷达近端数据的反演和运用。 为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为： 基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，其特征在于：采用激光 发射器、C⑶成像系统，所述C⑶成像系统包括成像镜头、滤波器、像增强器、C⑶成像芯片， 利用激光发射器垂直向上向大气发射两束差分波长的激光光束，其中一个激光光束波长对 应所测污染气体的强吸收线，另一个激光光束波长对应所测污染气体的弱吸收线，并由大 气产生相应的侧向散热光，侧向散热光在在角度α范围内被CCD成像系统中成像镜头接 收，再依次通过CCD成像系统中滤光器去除大气背景散射光、像增强器放大光信号强度后， 由CCD成像芯片采集图像信息，将CCD成像系统各像素的偏角Θ、角宽度d0和CCD成像系 统与激光发射器发射的光束之间的垂直距离D代入CCD成像激光雷达方程之中，CCD成像 激光雷达方程为： 由公式（1)、（2)反演计算出大气边界层污染气体的垂直廓线，公式（1)、（2)中，C 为激光雷达常数，Pc是发射激光波长的功率，β是侧向散射系数，T v、Tr分别为激光雷达发 射路径和接收路径的透过率。 所述的基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，其特征在于：所 测量的污染气体有03, S02和N02,其中测量臭氧时，差分吸收波长对为280nm和290nm，测 量S02时，差分吸收波长对为300nm和301. 5nm，测量N02时，差分吸收波长对为446. 8nm和 448. Inm0 所述的基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，其特征在于：激 光发射器发射的两束激光光束可米用分时交替发射；或者米用同时发射，要求发射方向为 垂直向上，相互平行，间距大于20mm。 所述的基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，其特征在于：所 述侧向散射光的测量角度α和测量装置的放置角度满足从激光发射端到无穷远处的激光 光束成像，即测量角度α大于90°。 所述的基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，其特征在于：所 述滤光器的光学透射谱和像增强器的光谱范围包含差分吸收需要的两个波长。 本专利技术的装置消除了后向散射式差分吸收激光雷达的测量盲区，提高了大气边界 层污染气体的测量精度和可靠性，对于研究大气边界层污染气体具有十分重要的意义和实 用性。【附图说明】 图1为本专利技术的结构示意图。 图2为激光光柱的成像示意图。【具体实施方式】 如图1所示，基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，采用激光 发射器1、C⑶成像系统，C⑶成像系统包括成像镜头5、滤波器6、像增强器7、CXD成像芯 片8,利用激光发射器1垂直向上向大气发射两束差分波长的激光光束2、3,其中一个激光 光束波长对应所测污染气体的强吸收线，另一个激光光束波长对应所测污染气体的弱吸收 线，并由大气产生相应的侧向散热光，侧向散热光在在角度α范围4内被CCD成像系统中 成像镜头5接收，再依次通过CCD成像系统中滤光器6去除大气背景散射光、像增强器7放 大光信号强度后，由CCD成像芯片8采集图像信息，将CCD成像系统各像素的偏角Θ、角宽 度d Θ和CCD成像系统与激光发射器1发射的光束之间的垂直距离D代入CCD成像激光雷 达方程之中，C⑶成像激光雷达方程为： 由公式⑴、⑵反演计算出大气边界层污染气体的垂直廓线，公式⑴、⑵中，C 为激光雷达常数，Pc是发射激光波长的功率，β是侧向散射系数，T v、Tr分别为激光雷达发 射路径和接收路径的透过率。 所测量的污染气体有03, S02和N02,其中测量臭氧时，差分吸收波长对为280nm 和290nm，测量S02时，差分吸收波长对为300nm和301. 5nm，测量N02时，差分吸收波长对 为 446. 8nm 和 448. lnm。 激光发射器1发射的两束激光光束2、3可采用分时交替发射；或者采用同时发射， 要求发射方向为垂直向上，相互平行，间距大于20mm。 侧向散射光的测量角度α和测量装置的放置角度满当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，其特征在于：采用激光发射器、CCD成像系统，所述CCD成像系统包括成像镜头、滤波器、像增强器、CCD成像芯片，利用激光发射器垂直向上向大气发射两束差分波长的激光光束，其中一个激光光束波长对应所测污染气体的强吸收线，另一个激光光束波长对应所测污染气体的弱吸收线，并由大气产生相应的侧向散热光，侧向散热光在在角度α范围内被CCD成像系统中成像镜头接收，再依次通过CCD成像系统中滤光器去除大气背景散射光、像增强器放大光信号强度后，由CCD成像芯片采集图像信息，将CCD成像系统各像素的偏角θ、角宽度dθ和CCD成像系统与激光发射器发射的光束之间的垂直距离D代入CCD成像激光雷达方程之中，CCD成像激光雷达方程为：P(z,θ,λon)=CλonP0(λon)Dβ(θ,λon)TVTRdθ---(1),]]>P(z,θ,λoff)=CλoffP0(λoff)Dβ(θ,λoff)TVTRdθ,---(2),]]>由公式(1)、(2)反演计算出大气边界层污染气体的垂直廓线，公式(1)、(2)中，C为激光雷达常数，P0是发射激光波长的功率，β是侧向散射系数，TV、TR分别为激光雷达发射路径和接收路径的透过率。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹开法，胡顺星，时东锋，苑克娥，黄见，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。