去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统技术方案

本发明专利技术涉及大气污染监控技术领域，尤其为去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统。系统包含激光发射单元，激光接收单元，气溶胶通道探测单元，水汽通道探测单元，吸湿性增长模型数据库和雷达控制和反演显示软件单元。通过激光雷达的气溶胶和水汽的数据，基于气溶胶Mie散射和吸湿性增长的参数研究，综合反演得到湿性/干性气溶胶立体空间分布，打通不同仪器的数据的信息融合利用，提高激光雷达应用潜力。利用建立多信息融合反演算法解决地面仪器监测网和激光雷达空间数据的融合，提高激光雷达空间数据的利用效率，推动激光雷达在解决气溶胶垂直空间扩散，污染边界层高度以及环境监测网等方面的研究。

【技术实现步骤摘要】
去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统
本专利技术涉及大气污染监控
，具体为去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统。
技术介绍
目前，我国环保部门、气象部门和研究部门已经建立较为完善的地面气溶胶监测体系，在日常的环境监测中发挥了重要作用。然而，地面系统只能提供单点的数据，在立体空间的气溶胶检测方面“无能为力”，无法对未来环境的空间分布进行预报，也不能进行空间传输的预测，与公众的期待相差甚远。而激光雷达作为主动遥感工具可以提供气溶胶的消光系数和后向散射系数立体空间的分布和变化，目前初见得到环保、气象和研究部门的重视。然而环境领域的监测仪器和方法是主要从人体健康的角度出发，气溶胶采用的是质量浓度为单位。而激光雷达测量的大气气溶胶的消光系数属于光学特性单位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统，包括激光发射单元、激光接收单元、气溶胶通道探测单元、水汽通道探测单元、雷达控制单元、吸湿性增长模型数据服务器和反演显示单元，其中：所述雷达控制单元产生脉冲信号控制与其串口连接的激光发射单元开启，所述激光发射单元根据脉冲信号发射激光信号，该激光信号向大气目标散射，所述气溶胶通道探测单元、水汽通道探测单元接收经大气目标激光反射的回波信号，并将回波信号传送至与其通信连接的激光接收单元，所述激光接收单元将回波信号数字化后上传到与多线程连接的反演显示单元，所述吸湿性增长模型数据服务器与反演显示单元双向通信连接。优选地，所述激光接收单元包括光接收器件、光电探测器Ⅰ以及数据采集模块，其中：所述光接收器件接收激光反射的回波信号，所述光电探测器Ⅰ将回波信号转换成与大气能见度成反比关系的电信号。优选地，所述气溶胶通道探测单元包括光接收器件以及光电探测器Ⅱ，所述水汽通道探测单元包括光接收器件以及光电探测器Ⅲ其中：所述光接收器件接收激光反射的回波信号，所述光电探测器Ⅱ、光电探测器Ⅲ将回波信号转换成与大气能见度成反比关系的电信号。优选地，所述反演显示单元包括工控机以及与其总线连接的显示单元，其中：所述工控机接收与其多线程连接的数据采集模块采集处理的电信号。优选地，所述数据采集模块将电信号数字化后上传到与其多线程连接的反演显示单元。优选地，所述吸湿性增长模型数据服务器基于RAID磁盘阵列，且RAID磁盘阵列通过硬盘控制器挂载到工控机上。优选地，所述激光发射单元采用Nd:YAG激光器。优选地，所述光接收器件为三组，采用斯密特-卡赛格林式光学望远镜接收系统，所述数据采集模块采用S3C2440A芯片以及其外围器件组成的最小系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过激光发射单元，激光接收单元，气溶胶通道探测单元，水汽通道探测单元采集激光雷达的气溶胶和水汽的数据，基于气溶胶Mie散射和吸湿性增长的参数研究，综合反演得到湿性/干性气溶胶立体空间分布，打通不同仪器的数据的信息融合利用，提高激光雷达应用潜力。利用采集的气溶胶、水汽信息建立多信息融合反演算法解决地面仪器监测网和激光雷达空间数据的融合，提高激光雷达空间数据的利用效率，推动激光雷达在解决气溶胶垂直空间扩散，污染边界层高度以及环境监测网等方面的研究。附图说明图1为本专利技术结构框图；图2为本专利技术激光接收单元示意图；图3为本专利技术气溶胶通道探测单元示意图；图4为本专利技术水汽通道探测单元示意图。图中：1激光发射单元、2大气目标、3激光接收单元、30光电探测器Ⅰ、31数据采集模块、4气溶胶通道探测单元、40光电探测器Ⅱ、5水汽通道探测单元、50光电探测器Ⅲ、6雷达控制单元、7吸湿性增长模型数据服务器、8工控机、9显示单元、10光接收器件。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1～4，本专利技术提供技术方案：去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统，包括激光发射单元1、激光接收单元3、气溶胶通道探测单元4、水汽通道探测单元5、雷达控制单元6、吸湿性增长模型数据服务器7和反演显示单元，其中：所述雷达控制单元6产生脉冲信号控制与其串口连接的激光发射单元1开启，所述激光发射单元1根据脉冲信号发射激光信号，该激光信号向大气目标2散射，所述气溶胶通道探测单元4、水汽通道探测单元5接收经大气目标2激光反射的回波信号，并将回波信号传送至与其通信连接的激光接收单元3，所述激光接收单元3将回波信号数字化后上传到与多线程连接的反演显示单元，所述吸湿性增长模型数据服务器7与反演显示单元双向通信连接。所述激光接收单元3包括光接收器件10、光电探测器Ⅰ30以及数据采集模块31，其中：所述光接收器件10接收激光反射的回波信号，所述光电探测器Ⅰ30将回波信号转换成与大气能见度成反比关系的电信号。所述气溶胶通道探测单元4包括光接收器件10以及光电探测器Ⅱ40，所述水汽通道探测单元5包括光接收器件10以及光电探测器Ⅲ50其中：所述光接收器件10接收激光反射的回波信号，所述光电探测器Ⅱ40、电探测器Ⅲ50将回波信号转换成与大气能见度成反比关系的电信号。所述反演显示单元包括工控机8以及与其总线连接的显示单元9，其中：所述工控机8接收与其多线程连接的数据采集模块31采集处理的电信号。所述数据采集模块31将电信号数字化后上传到与其多线程连接的反演显示单元。所述吸湿性增长模型数据服务器7基于RAID磁盘阵列，且RAID磁盘阵列通过硬盘控制器挂载到工控机8上。所述激光发射单元1采用Nd:YAG激光器。所述光接收器件10为三组，采用斯密特-卡赛格林式光学望远镜接收系统，所述数据采集模块31采用S3C2440A芯片以及其外围器件组成的最小系统。雷达控制单元6控制Nd:YAG激光器工作，打开时Nd:YAG激光器以20Hz的重复频率发射波长532nm的激光，经过发射镜片最终由光接收器件10上的望远镜转轴上的反射镜镜发射到大气中，透射后的532nm回波信号进入气溶胶通道探测单元4、水汽通道探测单元5通道内，中心波长为532nm回波信号接收单元是采用斯密特-卡赛格林式光学望远镜接收系统，信号接收光路中使用的光电探测器是R7400型光电倍增管(PMT)米散射通道型PMT探测波长范围是300～800nm，峰值灵敏度波长为500nm，用来接收532nm米散射信号，S3C2440A芯片内置AD采集电路，支持8通道模拟输入，数据采集集合了模数转换和光子计数两种方式同时探测信号，回波信号通过(S3C2440A芯片)数字采集(100MSPS/14Bit)数字化后传到工控机8，工控机8采用嵌入式IPC610L工控机，可以对数据采集模块、光电转换模块信号进行读取和处理，嵌入式IPC610L工控机体积小、运算速度快，采用LabView编写内嵌入反演显示软件，用于接收采集系统上传数据，并进行水汽浓度轮廓线实时反演和显示，且具有虚拟示波功器功能，读取/保存数据以及波形显示/频谱分析功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统，其特征在于，包括激光发射单元(1)、激光接收单元(3)、气溶胶通道探测单元(4)、水汽通道探测单元(5)、雷达控制单元(6)、吸湿性增长模型数据服务器(7)和反演显示单元，其中：所述雷达控制单元(6)产生脉冲信号控制与其串口连接的激光发射单元(1)开启，所述激光发射单元(1)根据脉冲信号发射激光信号，该激光信号向大气目标(2)散射，所述气溶胶通道探测单元(4)、水汽通道探测单元(5)接收经大气目标(2)激光反射的回波信号，并将回波信号传送至与其通信连接的激光接收单元(3)，所述激光接收单元(3)将回波信号数字化后上传到与多线程连接的反演显示单元，所述吸湿性增长模型数据服务器(7)与反演显示单元双向通信连接。

【技术特征摘要】
1.去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统，其特征在于，包括激光发射单元(1)、激光接收单元(3)、气溶胶通道探测单元(4)、水汽通道探测单元(5)、雷达控制单元(6)、吸湿性增长模型数据服务器(7)和反演显示单元，其中：所述雷达控制单元(6)产生脉冲信号控制与其串口连接的激光发射单元(1)开启，所述激光发射单元(1)根据脉冲信号发射激光信号，该激光信号向大气目标(2)散射，所述气溶胶通道探测单元(4)、水汽通道探测单元(5)接收经大气目标(2)激光反射的回波信号，并将回波信号传送至与其通信连接的激光接收单元(3)，所述激光接收单元(3)将回波信号数字化后上传到与多线程连接的反演显示单元，所述吸湿性增长模型数据服务器(7)与反演显示单元双向通信连接。2.根据权利要求1所述的去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统，其特征在于：所述激光接收单元(3)包括光接收器件(10)、光电探测器Ⅰ(30)以及数据采集模块(31)，其中：所述光接收器件(10)接收激光反射的回波信号，所述光电探测器Ⅰ(30)将回波信号转换成与大气能见度成反比关系的电信号。3.根据权利要求2所述的去水汽的干性气溶胶质量浓度探测激光雷达系统，其特征在于：所述气溶胶通道探测单元(4)包括光接收器件(10)以及光电探测器Ⅱ(40)，所述水汽通道探测单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹开法，汪飞，
申请(专利权)人：安徽科创中光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34