一种扫描机构及无盲区大气臭氧探测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种扫描机构，包括以一支点为轴点在与水平面呈0～90°的范围内转动的扫描镜，出射光垂直射出或经扫描镜反射，扫描镜为一反射镜，反射镜包括设于外部的反射镜第一部分和分隔设置于中部的反射镜第二部分，反射镜第一部分的RMS值小于1/40λ；反射镜第二部分的RMS值小于1/100λ。同时，本实用新型专利技术还公开一种无盲区大气臭氧探测系统，具有上述扫描机构，可测得0～5000m的臭氧廓线数据。

A scanning mechanism and ozone detection system without blind area

【技术实现步骤摘要】
一种扫描机构及无盲区大气臭氧探测系统
本技术涉及激光雷达
，具体涉及一种扫描机构和一种无盲区大气臭氧探测系统。
技术介绍
近年来，随着各种颗粒物污染防治措施的实施，PM2.5、PM10等浓度呈现逐年下降的趋势，大气变得越来越干净。然而伴随着太阳紫外线穿透力的增强，另外一种看不见的臭氧污染逐渐变成了夏季的主要污染，相比于颗粒物污染来说，臭氧的污染防治具有看不见、成因复杂、难预防的特征，成为中国乃至世界的防治难点。目前地面臭氧的监测主要依靠臭氧分析仪等监测方法，该方法能够对于地面的大气臭氧浓度、变化趋势等进行统计分析，对于近地面区域范围内的臭氧浓度探测来说，传统的探测方法包括携带臭氧传感器的探空气球、系留飞艇等探测方法，这些方法具有探测时间长、人工成本高、场地范围大、无法连续长时间作业等特点。大气臭氧探测激光雷达是近年来发展出的一种新的探测臭氧廓线的技术手段，它利用差分探测原理利用臭氧对于不同波长的吸收程度不同来反演臭氧浓度，具有时效性高、可连续无人值守探测等特点，越来越受到环境监测部门的重视。在当前的大气臭氧探测激光雷达中，由于近地面(一般在0～300m范围内)光学结构设计等的限制，存在光学信号无法被完全接收的问题，导致近端的臭氧浓度反演误差过大而无法实际应用的问题，这在激光雷达的系统中称为“盲区”。
技术实现思路
因此，本技术的目的是提供一种性价比高，还可保证射向大气的激光光斑质量及后向散射信号强度的扫描镜。同时，本技术还提供一种近地面臭氧浓度等相关参数可测的无盲区大气臭氧探测系统。r>本技术提供的一种扫描机构，包括：扫描镜，以一支点为轴点在与水平面呈0～90°的范围内转动，出射光垂直射出或经所述扫描镜反射。可选地，所述扫描镜为一反射镜，所述反射镜包括设于外部的反射镜第一部分和分隔设置于中部的反射镜第二部分，所述反射镜第一部分的RMS值小于1/40λ；所述反射镜第二部分的RMS值小于1/100λ。可选地，所述反射镜第一部分呈轴线对称，其中部具圆形缺口，所述反射镜第二部分为与反射镜第一部分圆形缺口相适配的圆形镜面且其边缘与所述反射镜第一部分的圆形缺口边缘分离，所述反射镜第一部分和反射镜第二部分可分别转动。可选地，所述反射镜第一部分和反射镜第二部分之间的间隔距离为2mm。可选地，所述反射镜第一部分与水平倾角为50°时，水平投影为正八边形；反射镜第二部分与水平倾角为50°时，水平投影为圆形。可选地，所述反射镜第一部分和反射镜第二部分的镜面材料为BK7；所述反射镜第一部分的镜面镀膜为金属膜，所述反射镜第二部分的镜面镀膜为介质膜。一种无盲区大气臭氧探测系统，包括依次光路相接的：激光器；拉曼管，产生所需要的波长；扩束器，将所述激光器出射的光束扩束；反射镜，对光束转向，改变光路；扫描镜，使得从反射镜的出射光垂直或再次反射射出；望远镜，接收后向散射的气体分子光信号；滤光、分光元件，过滤过多的背景光并导入至分光光路中；探测器及采集、处理、控制模块，将光信号转换为电信号并进行采集传输并处理。可选地，所述激光器产生的激光波长为266nm，所述拉曼管内产生289nm和316nm的拉曼光，上述三个波长光分别进入三个探测器内，将光信号转变为电信号。所述扫描镜具有上述的扫描镜结构，以一支点为轴点在0～90°范围内转动，出射光垂直射出或经所述反射镜反射。可选地，所述反射镜第一部分与水平倾角为50°，出射激光与水平夹角为10°。本技术技术方案，具有如下优点：1.本实施例提供的一种扫描机构，以一支点为轴点在与水平面呈0～90°的范围内转动，出射光垂直射出或经所述扫描镜反射。进一步地，当扫描镜设置为两部分，而设置于外部镜片的RMS值设置小于1/40λ，镜面镀膜为金属膜，中央镜片的RMS值设置小于1/100λ，镜面镀膜为介质膜时，可以更好地保证射向大气的激光光斑质量，从而保证回波信号的稳定性，对于推演大气气体浓度的准确性起到关键作用。2.本实施例提供的一种无盲区的大气臭氧遥感系统，激光器出射的紫外高能量、窄脉宽、低重频激光(在本实施例中采用266nm激光，激光的单脉冲能量为100mJ，脉宽<15ns，频率小于100Hz)，经过内部调制或者外部的拉曼系统，或者多个不同的激光器，经过扩束器后向空气中发射多个波长，相邻波长的差值一般小于30nm。大气中的臭氧、气溶胶等与发射的激光相互作用，产生后向散射回波，由大口径望远镜(一般大于250mm，在本实施例中采用300mm)接收后经过光阑限制后由石英光纤(或直接)进入分光装置，分光装置将接收到的信号进行分光，不同波长的信号光被不同的光电倍增管接收，接收后的信号经过数据采集子系统处理后由数据分析&控制子系统进行分析、反演、绘图并显示在屏幕或其他装置上。在具体工作时，T1时间段内(在本实施例为5分钟)，单方向扫描机构7垂直工作，光束通过窗口玻璃5后会直接射向大气，此时遥感系统可以获取300m～5000m的臭氧廓线数据，通过臭氧分析仪获取地面的臭氧数据；在T2时间段内(在本实施例为5分钟)，单方向扫描机构倾斜一定角度，使激光与水平夹角θ角度工作，在本实施例中θ＝10°，此时激光倾斜发射到大气中，可以获取高度为52m～260m(500m×sin10°～5000m×sin10°)的臭氧数据以及通过臭氧分析仪获取地面数据，由于在局部范围内(方圆1.5km范围内)臭氧的浓度基本一致且短时间内(小于10分钟)变化较为缓慢，综合垂直状态和倾斜状态的臭氧数据，可以在10分钟内获取到0～5000m的臭氧廓线数据(地面臭氧分析仪，倾斜10°情况下获取52m～260m，垂直状态下获取300m～5000m)。同时在必要状态下可以使激光水平射出(θ＝0°)，进而获取到局部范围内的水平臭氧浓度分布。上述系统还可以根据需要设置单方向扫描机构的倾斜角度实现水平臭氧浓度测量，对于臭氧污染点源的发现具有重要作用；除了反演臭氧浓度之外，可以根据臭氧对于某个发射波长的弱吸收，实现对于大气消光系数、后向散射系数等数据的反演，进一步可根据消光系数的大小实现对于边界层等数据产品，增强了大气臭氧探测激光雷达的功能性；它能为用户提供从地面到高空的无盲区的臭氧遥感数据，可以为臭氧雷达乃至其他类别雷达的应用提供技术借鉴。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为扫描机构结构示意图；图2扫描机构在与水平面倾斜50°时投影图；图3为扫描机构工作示意图；图4为无盲区的大气臭氧遥感系统结构框图。具体实施方式下面将结合附图对本技术的技术方案进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描机构，其特征在于，包括：/n扫描镜，以一支点为轴点在与水平面呈0～90°的范围内转动，出射光垂直射出或经所述扫描镜反射；所述扫描镜为一反射镜，所述反射镜包括设于外部的反射镜第一部分和分隔设置于中部的反射镜第二部分，所述反射镜第一部分的RMS值小于1/40λ；所述反射镜第二部分的RMS值小于1/100λ。/n

【技术特征摘要】
1.一种扫描机构，其特征在于，包括：
扫描镜，以一支点为轴点在与水平面呈0～90°的范围内转动，出射光垂直射出或经所述扫描镜反射；所述扫描镜为一反射镜，所述反射镜包括设于外部的反射镜第一部分和分隔设置于中部的反射镜第二部分，所述反射镜第一部分的RMS值小于1/40λ；所述反射镜第二部分的RMS值小于1/100λ。


2.根据权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，所述反射镜第一部分呈轴线对称，其中部具圆形缺口，所述反射镜第二部分为与反射镜第一部分圆形缺口相适配的圆形镜面且其边缘与所述反射镜第一部分的圆形缺口边缘分离，所述反射镜第一部分和反射镜第二部分可分别转动。


3.根据权利要求2所述的扫描机构，其特征在于，所述反射镜第一部分和反射镜第二部分之间的间隔距离小于10mm。


4.根据权利要求2所述的扫描机构，其特征在于，所述反射镜第一部分与水平倾角为50°时，水平投影为正八边形；反射镜第二部分与水平倾角为50°时，水平投影为圆形。


5.根据权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，所述反射镜第一部分和反射镜第二部分的镜面材料为BK7；所述反射镜第...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛宪莹，郭京伟，
申请(专利权)人：北京怡孚和融科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11