一种基于全息技术的双光路光学雨量计制造技术

本发明专利技术公开一种基于全息技术的双光路光学雨量计，包括半导体激光器Ⅰ、扩束准直系统Ⅰ、平行片光全息干板Ⅰ、上层采样区、线阵光电探测器Ⅰ、半导体激光器Ⅱ、扩束准直系统Ⅱ、平行片光全息干板Ⅱ、下层采样区、线阵光电探测器Ⅱ、计算机，本发明专利技术为减小单光路雨量计的测量误差，并增大雨量计的采样区间，在该光路系统的下方搭建第二套平行片光采样光路，该光路与其上方的采样光路对等，采样片光相互平行，传播方向相反，用全息再现法获得平行片状光束，不仅改善了采样光束质量，而且有利于整个检测仪器的小型化。

A dual optical path rain gauge based on holographic technology

The invention discloses a double-path optical rain gauge based on holographic technology, which comprises a semiconductor laser I, a beam expanding collimation system I, a parallel plate holographic dry plate I, an upper sampling area, a linear array photodetector I, a semiconductor laser II, a beam expanding collimation system II, a parallel plate holographic dry plate II, a lower sampling area and a line. In order to reduce the measurement error of a single optical path rain gauge and increase the sampling interval of the rain gauge, a second set of parallel light sampling optical path is constructed under the optical path system. The optical path is equal to the sampling optical path above, and the light of the sample plate is parallel to each other and propagates in the opposite direction. The reconstruction method not only improves the quality of the sample beam, but also facilitates the miniaturization of the whole measuring instrument.

【技术实现步骤摘要】
一种基于全息技术的双光路光学雨量计
本专利技术涉及一种基于全息技术的双光路光学雨量计，属于光学全息

技术介绍
目前普遍使用的遮挡式光学雨量计在结构上多为单光路的一维和二维检测，而传统的一维遮挡式单光路光学雨量计仍使用光学透镜产生平行片光，由于光学透镜本身及光路结构的限制，需要很大的空间距离才能生成平行片光，无法实现整个检测仪器的小型化，同时雨滴在靠近探测器的一侧测量误差较小，在靠近光源一侧测量误差较大，使得雨滴在采样区中从探测器到光源的测量误差逐渐增大，这就降低了雨滴测量精度，在靠近光源一侧的采样区，因测量误差较大，已无法满足检测需要，所以这部分采样区在检测中不可用，而靠近探测器一侧的采样区测量误差较小，可满足检测需要，因此在实际检测中可用的只有靠近探测器一侧的采样区，这就使得传统光学雨量计存在采样区较小、可靠性较差的缺陷。如何有效的提高一维光学雨量计的测量精度、增加雨滴的采样区间以及尽可能的实现设备的小型化，是工程技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足及缺点，并尽可能实现光学雨量计的小型化，本专利技术提供了一种基于全息技术的双光路光学雨量计，该装置不仅可以有效提高测量精度，增加采样区间，改善采样光束质量，同时还实现了装置小型化的目的。本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于全息技术的双光路光学雨量计，包括半导体激光器Ⅰ1、扩束准直系统Ⅰ2、平行片光全息干板Ⅰ3、上层采样区4、线阵光电探测器Ⅰ5、半导体激光器Ⅱ6、扩束准直系统Ⅱ7、平行片光全息干板Ⅱ8、下层采样区9、线阵光电探测器Ⅱ10、计算机11；所述半导体激光器Ⅰ1发出的光束经扩束准直系统Ⅰ2后形成与平行片光全息干板Ⅰ3夹角为10°的平行光，该平行光照射平行片光全息干板Ⅰ3衍射再现发出沿x轴正方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅰ5上，该平行片光构成上层采样区4，线阵光电探测器Ⅰ5与计算机11连接；半导体激光器Ⅱ6发出的光束经扩束准直系统Ⅱ7后形成与平行片光全息干板Ⅱ8夹角为10°的平行光，该平行光照射平行片光全息干板Ⅱ8衍射再现发出沿x轴负方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅱ10上，该平行片光构成下层采样区9，线阵光电探测器Ⅱ10与计算机11连接，雨滴12通过上层采样区4、下层采样区9对平行片光形成遮挡，计算机11得到雨滴12阴影图像，用于测量雨滴12落速、雨滴12的尺寸。所述上层采样区4、下层采样区9长度相同，上层采样区4、下层采样区9的片光相互平行，传播方向相反。所述平行片光全息干板Ⅰ3、平行片光全息干板Ⅱ8相同，通过全息干涉记录方式单独制作，制作过程中物光为片状平行光，垂直照明全息干板，参考光为平行光，与全息干板夹10°角斜照明全息干板，物光和参考光在全息干版上干涉产生干涉条纹，片状平行物光被记录在全息干板上，得到平行片光全息干板Ⅰ3、Ⅱ8，所记录全息图为离轴全息图。所述半导体激光器Ⅰ1、半导体激光器Ⅱ6为同型号的激光器。所述线阵光电探测器Ⅰ5、线阵光电探测器Ⅱ10为同型号的CMOS探测器。一种基于全息技术的双光路光学雨量计，雨滴12通过上层采样区4遮挡平行片光形成阴影，线阵光电探测器Ⅰ5接收到因遮挡而造成光束强度变化的平行片光，线阵光电探测器Ⅰ5按设定的频率扫描雨滴12，可得到雨滴12的阴影图片；当雨滴12通过下层采样区9遮挡平行片光形成阴影，线阵光电探测器Ⅱ10接收到因遮挡而造成的光束强度变化的平行片光，线性光电探测器Ⅱ10按设定的频率扫描雨滴12，可得到雨滴12的阴影图片，计算机11通过雨滴12的阴影图片即可得到雨滴12的落速、尺寸。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术基于全息技术的双光路光学雨量计，采用全息衍射再现的方法生成检测所需平行片光，但传统光学雨量计仍使用光学透镜的方法生成平行片光，由于透镜本身结构的限制(即透镜焦距f)需要较长的空间距离生成平行光，检测设备不得不留出一大部分空间用于光束的扩束准直生成检测用平行光，这就额外增加了检测设备的体积，使得光学雨量计过大，不利于实际使用，而使用平行光斜照射平行片光全息干板生成检测光束的方法，可以有效减小所需空间距离，则可以减小检测设备的体积，有利于光学雨量计设备的小型化。(2)搭建光束传播方向相反的双层光路增加了可用的采样区间，提高了测量精度。(3)本专利技术同时采用上、下两层采样区检测雨滴尺度信息，同时也可用于测量雨滴落速等信息。附图说明图1是本专利技术实施例1基于全息技术的双光路光学雨量计的结构示意图；图2是本专利技术实施例1基于全息技术的双光路光学雨量计的上层采样区示意图；图3是本专利技术实施例1基于全息技术的双光路光学雨量计的下层采样区示意图；图4是本专利技术实施例1基于全息技术的双光路光学雨量计的雨滴上、下层采样区测量误差曲线示意图；图中：1-半导体激光器Ⅰ，2-扩束准直系统Ⅰ，3-平行片光全息干板Ⅰ，4-上层采样区，5-线阵光电探测器Ⅰ，6-半导体激光器Ⅱ，7-扩束准直系统Ⅱ，8-平行片光全息干板Ⅱ，9-下层采样区，10-线阵光电探测器Ⅱ，11-计算机，12-雨滴。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。实施例1一种基于全息技术的双光路光学雨量计，如图1所示，包括半导体激光器Ⅰ1、扩束准直系统Ⅰ2、平行片光全息干板Ⅰ3、上层采样区4、线阵光电探测器Ⅰ5、半导体激光器Ⅱ6、扩束准直系统Ⅱ7、平行片光全息干板Ⅱ8、下层采样区9、线阵光电探测器Ⅱ10、计算机11。半导体激光器Ⅰ1发出的光束经扩束准直系统Ⅰ2后形成与平行片光全息干板Ⅰ3夹角为10°的平行光束，该平行光照射平行片光全息干板Ⅰ3衍射再现发出沿x轴正方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅰ5上，该平行片光构成上层采样区4，线阵光电探测器Ⅰ5与计算机11连接；半导体激光器Ⅱ6发出的光束经扩束准直系统Ⅱ7后形成与平行片光全息干板Ⅱ8夹角为10°的平行光束，该平行光照射平行片光全息干板Ⅱ8衍射再现发出沿x轴负方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅱ10上，该平行片光构成下层采样区9，线阵光电探测器Ⅱ10与计算机11连接，雨滴12通过上层采样区4、下层采样区9对平行片光形成遮挡，计算机11得到雨滴12阴影图像，两层光路也可用于测量雨滴12落速；如图2、3所示，上层采样区4、下层采样区9的长度相同，上层采样区4、下层采样区9的片光相互平行，传播方向相反；平行片光全息干板Ⅰ3、平行片光全息干板Ⅱ8相同，通过全息干涉记录方式单独制作，制作过程中物光为片状平行光，垂直照明全息干板，参考光为平行光，与全息干板夹10°角斜照明全息干板，物光和参考光在全息干板上干涉产生干涉条纹，片状平行物光此时就被记录在全息干板上，得到平行片光全息干板Ⅰ3、平行片光全息干板Ⅱ8，所记录全息图为离轴全息图；半导体激光器Ⅰ1、半导体激光器Ⅱ6为同型号的激光器，型号为YD-D532P30-18-75；线阵光电探测器Ⅰ5、线阵光电探测器Ⅱ10为同型号的CMOS探测器，型号为ral2048-48gm。使用时，雨滴12通过上层采样区4遮挡平行片光形成阴影，线阵光电探测器Ⅰ5接收到因遮挡而造成光束强度变化的平行片光，线阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全息技术的双光路光学雨量计，其特征在于：包括半导体激光器Ⅰ(1)、扩束准直系统Ⅰ(2)、平行片光全息干板Ⅰ(3)、上层采样区(4)、线阵光电探测器Ⅰ(5)、半导体激光器Ⅱ(6)、扩束准直系统Ⅱ(7)、平行片光全息干板Ⅱ(8)、下层采样区(9)、线阵光电探测器Ⅱ(10)、计算机(11)，半导体激光器Ⅰ(1)发出的光束经扩束准直系统Ⅰ(2)后形成与平行片光全息干板Ⅰ(3)夹角为10°的平行光，该平行光照射平行片光全息干板Ⅰ(3)衍射再现发出沿x轴正方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅰ(5)上，该平行片光构成上层采样区(4)，线阵光电探测器Ⅰ(5)与计算机(11)连接；半导体激光器Ⅱ(6)发出的光束经扩束准直系统Ⅱ(7)后形成与平行片光全息干板Ⅱ(8)夹角为10°的平行光，该平行光照射平行片光全息干板Ⅱ(8)衍射再现发出沿x轴负方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅱ(10)上，该平行片光构成下层采样区间(9)，线阵光电探测器Ⅱ(10)与计算机(11)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于全息技术的双光路光学雨量计，其特征在于：包括半导体激光器Ⅰ(1)、扩束准直系统Ⅰ(2)、平行片光全息干板Ⅰ(3)、上层采样区(4)、线阵光电探测器Ⅰ(5)、半导体激光器Ⅱ(6)、扩束准直系统Ⅱ(7)、平行片光全息干板Ⅱ(8)、下层采样区(9)、线阵光电探测器Ⅱ(10)、计算机(11)，半导体激光器Ⅰ(1)发出的光束经扩束准直系统Ⅰ(2)后形成与平行片光全息干板Ⅰ(3)夹角为10°的平行光，该平行光照射平行片光全息干板Ⅰ(3)衍射再现发出沿x轴正方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅰ(5)上，该平行片光构成上层采样区(4)，线阵光电探测器Ⅰ(5)与计算机(11)连接；半导体激光器Ⅱ(6)发出的光束经扩束准直系统Ⅱ(7)后形成与平行片光全息干板Ⅱ(8)夹角为10°的平行光，该平行光照射平行片光全息干板Ⅱ(8)衍射再现发出沿x轴负方向传播的、在y方向上厚度小于1mm的平行片光并照射在线阵光电探测器Ⅱ(10)上，该平行片光构成下层采样区间(9)，线...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆伟，楼宇丽，李重光，杨力，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53