一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统技术方案

本发明专利技术公开一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统，包括多波长激光发射系统、信号分频系统和数据存显系统；本发明专利技术采用多个波长激光同时发射入大气中，交替激发大气颗粒物中有机物并获得荧光光谱，不同波长激光激发同一有机物获得的光谱不尽相同，通过分析各个激发、发射荧光光谱矩阵图，来有效探究大气颗粒物中有机物成分、浓度等特性，且本发明专利技术可实现连续观测，无需人工取样，提高数据可靠性、准确性和实时性，为气象环保等部门及时掌握大气颗粒物有机物变化提供依据，方便其及时发现异常变化并采取有效措施应对，多个仪器的同时检测，可以掌握大气颗粒物有机物流通情况，为提前预警提供可能。

【技术实现步骤摘要】
一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统
本专利技术涉及大气监测
，尤其涉及一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达，作为一种能够实时持续进行大气探测的仪器，目前已广泛应用到探测气溶胶、雾霾、沙尘等垂直特性分布上，成为了当今研究大气的重要仪器之一，而荧光激光雷达，作为一种新型激光雷达发展相对较晚，近几年，也有公司和研究机构搭建过荧光激光雷达系统，对个别荧光光波进行探测，然而，大多荧光激光雷达均只采用单波长激光激发来获得某个或个别波段荧光光谱，采用多个波长激光同时激发获得全部或部分荧光光波的仪器设备市面上几乎没有；利用三维荧光光谱技术可以对大气颗粒物中有机物的组成、来源、结构等特征进行便捷、准确的分析鉴别，而三维荧光光谱技术和以上其他仪器、方法一样，都必须首先进行定时定点取样，取样后需要先在实验室做进一步处理后才能采用上述仪器或方法进行分析鉴别，无法实现数据的实时分析鉴别；且采样的频次、时间，采样的质量因人而异、参差不齐，受主客观因素影响极为严重；同时，大气颗粒物持续流通，空气环境受气压、温度、湿度等影响不断变化，分析鉴别后的结果严重滞后于实际情况，数据可靠性有待考究，在气象环保等领域应用，及时为大气防治预警提供有效支持仍有欠缺，因此，本专利技术提出一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统，该多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统采用多个波长激光同时发射入大气中，交替激发大气颗粒物中有机物并获得荧光光谱，不同波长激光激发同一有机物获得的光谱不尽相同，通过分析各个激发、发射荧光光谱矩阵图，来有效探究大气颗粒物中有机物成分、浓度等特性，且本专利技术可实现连续观测，无需人工取样，提高数据可靠性、准确性和实时性，为气象环保等部门及时掌握大气颗粒物有机物变化提供依据，方便其及时发现异常变化并采取有效措施应对，多个仪器的同时检测，可以掌握大气颗粒物有机物流通情况，为提前预警提供可能。为实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统，包括多波长激光发射系统、信号分频系统和数据存显系统，所述多波长激光发射系统由多波长激光器组件、高能分光镜、高能合光镜、第一高能反射镜、第二高能反射镜、高能全反镜和高能效频靶组件组成，所述信号分频系统由卡塞格林高倍天文望远镜、光阑、第一凸透镜、第二凸透镜、第一二相色镜、第二二相色镜、陷波滤光片、偏正晶体、雪崩二极管、第一光电倍增管、第二光电倍增管、荧光变频分频器和高精同步定时器组成，所述数据存显系统由荧光光谱仪、高速数据采集器、工控机和显示器组成，所述多波长激光器组件同时产生266nm、280nm、295nm、308nm、355nm、532nm、1064nm七种波长的激光输出并经过高能分光镜后分成第一激光和第二激光两路。进一步改进在于：所述第一激光由532nm和1064nm两个波长激光组成，经过第一高能反射镜、高能合光镜和高能全反镜发射至大气中，在照射到大气中的粉尘颗粒物、气溶胶、沙尘、云之后产生米散射信号；所述第二激光由266nm、280nm、295nm、308nm和355nm五个波长组成，在经过高能分光镜后由高能效频靶组件选择特定波长激光，再经过第二高能反射镜、高能合光镜和高能全反镜发射至大气中，照射到大气颗粒物中的有机物产生米散射信号，同时有机物受激产生荧光光谱信号。进一步改进在于：所述第一激光和第二激光照射到大气中产生的所有的米散射信号和荧光光谱信号通过卡塞格林高倍天文望远镜接收并聚焦至光阑处，聚焦后的信号经过第一凸透镜转成平行光后传输至第一二相色镜。进一步改进在于：所述第一二相色镜将长波信号1064nm的激光分出，由雪崩二极管接收后转换为电信号传输至高速数据采集器，其余光信号通过第一二相色镜传输至第二二相色镜。进一步改进在于：所述第二二相色镜将532nm信号分出，经由偏振晶体分别传输至第一光电倍增管和第二光电倍增管处，由其将光信号转换为电信号传至高速数据采集器，其余光信号透过第二二相色镜并经由陷波滤光片滤除532nm信号后继续传输至荧光变频分频器处。进一步改进在于：所述荧光变频分频器由高精同步定时器控制与高能效频靶组件实现同步，从而筛选出与高能效频靶组件相对应的荧光光谱信号，再经由第二凸透镜聚焦后投射在荧光光谱仪上。进一步改进在于：所述荧光光谱仪和高速数据采集器采集的信号数据实时上传至工控机进行处理和存储，并将处理结果在显示器上实时显示。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用多个波长激光同时发射入大气中，交替激发大气颗粒物中有机物并获得荧光光谱，不同波长激光激发同一有机物获得的光谱不尽相同，通过分析各个激发、发射荧光光谱矩阵图，来有效探究大气颗粒物中有机物成分、浓度等特性，且本专利技术可实现连续观测，无需人工取样，提高数据可靠性、准确性和实时性，为气象环保等部门及时掌握大气颗粒物有机物变化提供依据，方便其及时发现异常变化并采取有效措施应对，多个仪器的同时检测，可以掌握大气颗粒物有机物流通情况，为提前预警提供可能。附图说明图1为本专利技术构架图。其中：1、多波长激光器组件；2、高能分光镜；3、高能合光镜；4、第一高能反射镜；5、第二高能反射镜；6、高能全反镜；7、高能效频靶组件；8、卡塞格林高倍天文望远镜；9、光阑；10、第一凸透镜；11、第二凸透镜；12、第一二相色镜；13、第二二相色镜；14、陷波滤光片；15、偏正晶体；16、雪崩二极管；17、第一光电倍增管；18、第二光电倍增管；19、荧光变频分频器；20、高精同步定时器；21、荧光光谱仪；22、高速数据采集器；23、工控机；24、显示器。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术做进一步详述，本实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。根据图1所示，本实施例提供了一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统，包括多波长激光发射系统、信号分频系统和数据存显系统，所述多波长激光发射系统由多波长激光器组件1、高能分光镜2、高能合光镜3、第一高能反射镜4、第二高能反射镜5、高能全反镜6和高能效频靶组件7组成，所述信号分频系统由卡塞格林高倍天文望远镜8、光阑9、第一凸透镜10、第二凸透镜11、第一二相色镜12、第二二相色镜13、陷波滤光片14、偏正晶体15、雪崩二极管16、第一光电倍增管17、第二光电倍增管18、荧光变频分频器19和高精同步定时器20组成，所述数据存显系统由荧光光谱仪21、高速数据采集器22、工控机23和显示器24组成，所述多波长激光器组件1同时产生266nm、280nm、295nm、308nm、355nm、532nm、1064nm七种波长的激光输出并经过高能分光镜2后分成第一激光和第二激光两路，发射七种波长的激光覆盖了紫外到近红外，覆盖范围广。所述第一激光由532nm和1064nm两个波长激光组成，经过第一高能反射镜4、高能合光镜3和高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统，其特征在于：包括多波长激光发射系统、信号分频系统和数据存显系统，所述多波长激光发射系统由多波长激光器组件(1)、高能分光镜(2)、高能合光镜(3)、第一高能反射镜(4)、第二高能反射镜(5)、高能全反镜(6)和高能效频靶组件(7)组成，所述信号分频系统由卡塞格林高倍天文望远镜(8)、光阑(9)、第一凸透镜(10)、第二凸透镜(11)、第一二相色镜(12)、第二二相色镜(13)、陷波滤光片(14)、偏正晶体(15)、雪崩二极管(16)、第一光电倍增管(17)、第二光电倍增管(18)、荧光变频分频器(19)和高精同步定时器(20)组成，所述数据存显系统由荧光光谱仪(21)、高速数据采集器(22)、工控机(23)和显示器(24)组成，所述多波长激光器组件(1)同时产生266nm、280nm、295nm、308nm、355nm、532nm、1064nm七种波长的激光输出并经过高能分光镜(2)后分成第一激光和第二激光两路。/n

【技术特征摘要】
1.一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统，其特征在于：包括多波长激光发射系统、信号分频系统和数据存显系统，所述多波长激光发射系统由多波长激光器组件(1)、高能分光镜(2)、高能合光镜(3)、第一高能反射镜(4)、第二高能反射镜(5)、高能全反镜(6)和高能效频靶组件(7)组成，所述信号分频系统由卡塞格林高倍天文望远镜(8)、光阑(9)、第一凸透镜(10)、第二凸透镜(11)、第一二相色镜(12)、第二二相色镜(13)、陷波滤光片(14)、偏正晶体(15)、雪崩二极管(16)、第一光电倍增管(17)、第二光电倍增管(18)、荧光变频分频器(19)和高精同步定时器(20)组成，所述数据存显系统由荧光光谱仪(21)、高速数据采集器(22)、工控机(23)和显示器(24)组成，所述多波长激光器组件(1)同时产生266nm、280nm、295nm、308nm、355nm、532nm、1064nm七种波长的激光输出并经过高能分光镜(2)后分成第一激光和第二激光两路。


2.根据权利要求1所述的一种多激发波长光谱仪式荧光激光雷达系统，其特征在于：所述第一激光由532nm和1064nm两个波长激光组成，经过第一高能反射镜(4)、高能合光镜(3)和高能全反镜(6)发射至大气中，在照射到大气中的粉尘颗粒物、气溶胶、沙尘、云之后产生米散射信号；所述第二激光由266nm、280nm、295nm、308nm和355nm五个波长组成，在经过高能分光镜(2)后由高能效频靶组件(7)选择特定波长激光，再经过第二高能反射镜(5)、高能合光镜(3)和高能全反镜(6)发射至大气中，照射到大气颗粒物中的有机物产生米散射信号，同时有机物受激产生荧光光谱信号。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄忠伟，黄建平，李武仁，李泽，闭建荣，史晋森，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62