一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于气溶胶测量技术领域，具体涉及一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置。包括整机结构装置和外部供电电源，所述的整机结构装置包括自动对光单元、电连接器和控制单元，所述的自动对光单元通过所述的电连接器和所述的控制单元连接，述的自动对光单元包括光学接收模块、CCD相机和自动对光模块，所述的控制单元包括工控机、控制电路板、自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块、天窗清洁模块。这种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置保证了长期运行光路的稳定性，拆装方便，在高温或寒冷的天气状况下稳定工作，受灰尘、雨雾、霜干扰较小，保障了信号强度和质量，适用于户外运行，大大提高了产品的无人值守能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置
本技术属于气溶胶测量
，具体涉及一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置。
技术介绍
激光雷达可以获得大气分子、气溶胶粒子的信息，是气象、环保行业中不可缺少的监测设备，应用前景越来越广泛。但后向散射大气气溶胶激光雷达都不可避免的存在几何因子和系统盲区，在近地面几百米的区域里测量结果存在较大的误差。CCD成像的激光雷达是一种正在研究的新技术，是利用CCD相机中不同像素上的信号强度记录激光光束上不同距离处的侧向散射光强度，通过算法反演得到气溶胶的信息，测量范围20m～2km，是对后向散射激光雷达的有效补充。目前国内只有一些研究所的实验样机，市场上暂无成熟产品应用，从事该方面的产品研发具有很大的市场价值和社会价值，提升我国的环境和气象监测水平具有重大意义。目前已有的样机设备采用手动调节，速度慢、技术要求高，且运行一段时间后可能会因振动使得光路发生了变动，装置普遍采用一体式结构，难于拆装，在高温或寒冷的户外无法稳定工作，且在户外使用时受灰尘、雨雾、霜干扰较为严重，信号强度和质量无法保障。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置，解决了
技术介绍
中的问题，保证了长期运行光路的稳定性，装置拆装方便，在高温或寒冷的天气状况下稳定工作，受灰尘、雨雾、霜干扰较小，保障了信号强度和质量，适用于户外运行，大大提高了产品的无人值守能力。为了实现以上目的，本技术采用的技术方案为：一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置，包括整机结构装置和外部供电电源，所述的整机结构装置包括自动对光单元、电连接器和控制单元，所述的自动对光单元通过所述的电连接器和所述的控制单元连接，所述的自动对光单元包括光学接收模块、CCD相机和自动对光模块，所述的控制单元包括工控机、控制电路板、自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块、天窗清洁模块。进一步的，所述的自动对光单元与所述的控制单元上下分离式连接，所述的自动对光单元与所述的控制单元由所述的电连接器连接，所述的外部供电电源与所述的控制单元连接。进一步的，所述的光学接收模块连接所述的CCD相机，所述的CCD相机连接所述的自动对光模块，所述的CCD相机位于所述的光学接收模块与所述的自动对光模块之间。进一步的，所述的工控机连接所述的控制电路板，所述的控制电路板控制所述的自动对光模块、所述的自动对光单元恒温模块、所述的控制单元恒温模块和所述的天窗清洁模块。本技术的技术效果在于：整机结构装置采用上下分离式设计，易于安装和拆卸，内部设有保温层、密封圈，起到保温、防水、防尘的作用，具有IP55防护等级；自动对光单元保证了长期运行光路的稳定性；装置内部设计的自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块确保装置在高温或寒冷的天气状况下稳定工作；天窗清洁模块有效的清除了天窗上的灰尘、雨雾、霜等，保障了信号的强度和质量。附图说明图1是本技术的整机装置原理框图；具体实施方式参照附图1，一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置，包括整机结构装置和外部供电电源，所述的整机结构装置包括自动对光单元、电连接器和控制单元，所述的自动对光单元通过所述的电连接器和所述的控制单元连接，述的自动对光单元包括光学接收模块、CCD相机和自动对光模块，所述的控制单元包括工控机、控制电路板、自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块、天窗清洁模块。光学接收模块包括外部窗片和内部的镜头、滤光片等部件，其中镜头与CCD相机的位置关系决定了系统的测量高度范围，通过调试达到需要的平衡点；CCD相机将光信号转换成电信号，采用工业相机，将接收到的光信号转换成电信号，通过USB与工控机通信，是系统的核心部件之一；自动对光模块主要由步进电机和涡轮蜗杆组成，使用软件算法判断光路是否处于最佳状态，控制步进电机的转动，从俯仰角、横滚角和偏航角三个方位带动蜗轮蜗杆的转动，使得CCD相机镜头的中轴线与激光光束方向相平行，实现自动对光的功能，可防止光路的偏移，保证了长期运行光路的稳定性；工控机中通过USB通信，接收CCD相机采集的信号，利用算法反演，得到大气气溶胶颗粒物的垂直分布信息，通过网络通信，与后向散射气溶胶激光雷达的数据相结合，弥补了其近地面盲区和过渡区测量数据不准确的缺点；控制电路板内部采用双电源供电，采用ARM单片机为处理器，控制天窗的清洁单元、自动对光单元和自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块的正常运行，并通过RS232与工控机之间通信，使得控制天窗的清洁单元、自动对光单元和自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块即可自动运行也可远程控制，满足户外无人值守运行要求；工控机中通过USB通信，接收CCD相机采集的信号，利用算法反演，得到大气气溶胶颗粒物的垂直分布信息，通过网络通信，与后向散射气溶胶激光雷达的数据相结合，弥补了其近地面盲区和过渡区测量数据不准确的缺点；外部供电电源采用多个宽电压、宽温度范围的开关电源组成，开关电源固定在结构内部，外部用航空电连接器多路输出，防护等级IP55，满足户外长期运行的需求；自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块包括帕尔贴、散热器、风扇和温度传感器，控制电路板检测温度传感器的值，利用帕尔贴可以加热和致冷的特点，搭建H桥式电路，采用PID算法精确控温，散热器和风扇是用来配合帕尔贴使用，保证内部处于恒温状态，确保了部分对温度变化敏感器件(如滤光片)工作的稳定性；天窗清洁模块包括天窗的加热、喷水和雨刮，天窗加热是用来除霜，喷水和雨刮用于除尘和除雾，保证天窗的清洁，每天晚上定时工作，工作的时间也可通过工控机上的软件设置。优选的，所述的自动对光单元与所述的控制单元上下分离式连接，所述的自动对光单元与所述的控制单元由所述的电连接器连接，所述的外部供电电源与所述的控制单元连接。采用上下分离式安装设计，自动对光单元与所述的控制单元上易于安装和拆卸，中间用电连接器连接上下两部分的电源与控制信号，内部设置高密度发泡隔热材料和密封圈，具有保温、防水和防尘的作用，具有IP55防护等级，结构小巧，集成度高。优选的，所述的光学接收模块连接所述的CCD相机，所述的CCD相机连接所述的自动对光模块，所述的CCD相机位于所述的光学接收模块与所述的自动对光模块之间。光学接收模块包括了窗片、滤光片和镜头，调节镜头与CCD相机的位置，可以改变整机的测量高度范围，通过调试达到需要的平衡点，滤光片位于镜头的前端，用卡环固定，CCD相机采用工业相机，将接收到的光信号转换成电信号，通过USB与工控机通信。优选的，所述的工控机连接所述的控制电路板，所述的控制电路板控制所述的自动对光模块、所述的自动对光单元恒温模块、所述的控制单元恒温模块和所述的天窗清洁模块。自动对光单元恒温模块和控制单元恒温模块控制原理一样，是利用帕尔贴的制冷和制热特性，采用光耦隔离和H桥控制电路，结合NTC温度采集，通过单片机的PID闭环控制调节，来实现制冷和制热的转换；风扇和帕尔贴同时使用，加快内部空气的流动，使得温度的稳定性更好，控温更精准，达到±0.2℃以内。对天窗清洁模块的控制包括对雨刮、喷水和加热的控制，采用光耦隔离，继电器驱动来实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置，包括整机结构装置和外部供电电源，所述的整机结构装置包括自动对光单元、电连接器和控制单元，所述的自动对光单元通过所述的电连接器和所述的控制单元连接，所述的自动对光单元包括光学接收模块、CCD相机和自动对光模块，所述的控制单元包括工控机、控制电路板、自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块、天窗清洁模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置，包括整机结构装置和外部供电电源，所述的整机结构装置包括自动对光单元、电连接器和控制单元，所述的自动对光单元通过所述的电连接器和所述的控制单元连接，所述的自动对光单元包括光学接收模块、CCD相机和自动对光模块，所述的控制单元包括工控机、控制电路板、自动对光单元恒温模块、控制单元恒温模块、天窗清洁模块。2.根据权利要求1所述的基于CCD成像的气溶胶激光雷达装置，其特征在于：所述的自动对光单元与所述的控制单元上下分离式连接，所述的自动对光单元与所述的控制单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，施奇兵，朱宝平，徐纬煜，史元洋，
申请(专利权)人：合肥光博量子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34