手持式双工作模式的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪制造技术

本发明专利技术公开了一种手持式双工作模式的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪，包括激光发射端、信号接收端、连接端和握把，激光发射端包括方波驱动电路、激光二极管、发射望远镜与准直镜，信号接收端包括接收望远镜、滤光片、光电转换模块、信号采集模块与滤波模块、控制模块和显示屏幕，连接端包括三个可以同轴旋转且内含步进电机受控制旋转的圆环以及分别连在三个圆环上的等长的伸缩杆。本发明专利技术提供的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪体积小、重量轻、结构小巧紧凑、方便手持与携带、使用简单、探测速度快、应用广泛，可任意调整测量角度而且成本低廉操作方便，同时可用于补偿透射式能见度仪在气溶胶衰减特性较小时的高能见度。气溶胶衰减特性较小时的高能见度。气溶胶衰减特性较小时的高能见度。

【技术实现步骤摘要】
手持式双工作模式的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪


[0001]本专利技术涉及激光设备
，具体是一种手持式双工作模式的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪。

技术介绍

[0002]大气衰减特性是光在大气中的传输特性之一。因大气介质对光有消光现象，导致光在介质中传播过程中发生了能量衰减，减小了光的传播距离。能使光发生能量衰减的是大气中气体分子(水蒸汽、二氧化碳、臭氧等)、水汽凝结物(冰晶、雪、雾等)及悬浮微粒(尘埃、烟、盐粒、微生物等)的吸收和散射作用，其中水汽凝结物和悬浮微粒可以统称为气溶胶粒子。
[0003]当光的波长在可见光范围内，大气衰减特性可以表示为能见度。能见度在污染预警、天气预测、交通安全和航空安全的领域有着重要作用。
[0004]然而对光的大气衰减特性的研究不仅限于可见光。随着红外光在热成像仪和夜视仪等领域的广泛应用，测量红外光的大气衰减特性可以更深入地了解大气对红外成像过程的影响。尤其在主动式红外成像过程中，大气中的气溶胶会影响红外发射光的强度和红外反射光成像的质量，使得红外成像在特殊天气下有一定的距离限制。
[0005]随着激光技术的发展与完善，激光逐渐应用到雷达等领域，尤其在激光雷达和激光测距这两个方向，测量红外激光的大气衰减特性也具有实际意义。激光雷达和激光测距仪在量程范围不大的情况下，激光在大气中气溶胶的衰减影响比较小。除了极个别极端天气外，往往忽略气溶胶带来的衰减影响。但是对于几公里量程范围的望远镜式激光测距仪和工业激光测距仪，激光在大气中传输的路径相对较长，气溶胶带来的衰减不能忽略。所以激光在大气中的传输过程中气溶胶的衰减特性的数值大小尤为重要。测量出大气衰减特性，可以得出不同天气对激光雷达和激光测距仪量程的影响。
[0006]随着通信技术不断发展，激光通信与光纤通信已经广泛应用于日常的生活中。不同于光纤通信需要依赖光纤作为光介质且受制于光纤的质量和长度，激光通信不需要额外的人造介质。此外，使用红外光作为光源，更加突出激光通信的隐秘性。没有了光纤和光纤相关的光耦器件使得激光通信结构轻便、安装便捷，能适应各种特殊地形，可以实现楼宇间、岛与岛之间和山顶与山顶之间的加密通信。同时，激光通信具有电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强等优点。卫星间通信的空间激光通信由于处在大气层外，大气稀薄使得激光通信传输损耗小，传输距离远，通信质量高。但是处在大气层内部的激光通信以大气作为介质，受制于大气的衰减和吸收，即不同的天气状况会对激光通信带来不同的影响，严重影响通信质量。所以研究激光在大气中的衰减特性是非常重要的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种手持式双工作模式的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪，能够在两个工作模式下测量气溶胶的衰减特性和能见度，测量高能见度时的气溶胶
衰减特性和能见度，可用于补偿透射式能见度仪在气溶胶衰减特性较小时的高能见度，可以手动缓慢旋转角度并且同时测量各个角度的气溶胶衰减特性和能见度。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种手持式双工作模式的激光前向散射式气溶胶衰减特性测量仪，包括激光发射端、信号接收端和握把，其中：
[0009]所述激光发射端包括方波驱动电路、激光二极管、发射望远镜与准直镜，所述激光二极管位于发射望远镜焦点处，准直镜位于发射望远镜前端；
[0010]所述信号接收端包括接收望远镜、滤光片、光电转换模块、信号采集模块与滤波模块、控制模块和显示屏，所述滤光片位于接收望远镜的前端，所述光电转换模块位于接收望远镜焦点处；
[0011]所述连接端包括三个可以同轴旋转并且内含步进电机受控旋转的圆环以及分别连在三个圆环上的发射端伸缩杆、接收端伸缩杆、支撑伸缩杆；所述激光发射端、信号接收端、握把分别通过发射端伸缩杆、接收端伸缩杆、支撑伸缩杆与对应的圆环相连。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的手持式双工作模式的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪可以测量各个角度的散射光强，进而反演计算得到气溶胶衰减特性和能见度。本专利技术提供的激光气溶胶衰减特性测量仪体积小、重量轻、结构小巧紧凑、方便手持与携带、使用简单、探测速度快、应用广泛，成本低廉操作方便。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例提供的手持式双工作模式的激光散射式气溶胶衰减特性测量仪的结构示意图。
[0014]图2为专利技术实施例提供的激光发射端和信号接收端的截面示意图。
[0015]图3为专利技术实施例提供的连接端的结构示意图。
[0016]图4为专利技术实施例提供的握把的结构示意图。
具体实施方式
[0017]可见光下的大气衰减特性就是能见度，能见度又可以称为气象光学视程。参考气象光学视程的定义：白炽灯在色温2700K的条件下发出平行光束,该光束在大气中传播，当光强度在大气中衰减至初始值的5％时所经过的路径长度。由可见光推广到所有波长，能见度的理论也可以是测量光的大气衰减特性的原理。
[0018]Bouguer
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Lambert定律是能见度测量理论的基础，所以大气衰减特性测量理论的推导从Bouguer
‑
Lambert定律开始，原理如下：
[0019]光辐射在大气中的衰减遵循Bouguer
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Lambert定律：
[0020][0021]式中T为衰减特性即大气透射比，φ0为探测光束初始发光强度，φ为经过衰减后的光强度，σ为消光系数，B为大气水平气柱样本的长度即基线长度。
[0022]则消光系数为
[0023]σ＝
‑
lnT/B
[0024]大气水平能见度基本公式
‑
Koschmieder公式：
[0025]V＝
‑
lnε/σ≈2.996/σ
[0026]式中V为大气能见度，ε为气象视觉阈值。
[0027]所以通过大气衰减特性反演能见度为：
[0028][0029]由上述公式可以发现，当大气衰减效果不明显时，I(v)与I0(v)的值相差不大，I(v)/I0(v)的值接近于1，则ln(I(v)/I0(v))的接近于0。而且V与ln(I(v)/I0(v))成反比例关系，在大气衰减效果不明显时，测量I(v)/I0(v)带来的很小的误差就可以引起计算结果有很大的计算错误，对于内部的系统来说是非常不稳定的因素，所以根据透射光计算大气衰减特性有局限性。
[0030]在较高能见度时，其实可以通过散射来计算消光系数，用散射求得的消光系数去补偿衰减透射的消光系数，测量出衰减不明显的大气衰减特性，进而补偿大气衰减不明显时的能见度。在不同能见度下使用不同的测量方式来确保测量的准确度。
[0031]同时不同天气下的气溶胶粒子组成不同，导致即使用相同的激光照射气溶胶样本气体也会得到不同的散射光强分布，测量各个角度的散射光强可以反演计算更全面的气溶胶粒子信息，进而可以计算出不同天气下的气溶胶衰减特性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手持式双工作模式的激光前向散射式气溶胶衰减特性测量仪，其特征在于，包括激光发射端、信号接收端和握把，其中：所述激光发射端包括方波驱动电路、激光二极管、发射望远镜与准直镜，所述激光二极管位于发射望远镜焦点处，准直镜位于发射望远镜前端；所述信号接收端包括接收望远镜、滤光片、光电转换模块、信号采集模块与滤波模块、控制模块和显示屏，所述滤光片位于接收望远镜的前端，所述光电转换模块位于接收望远镜焦点处；所述连接端包括三个可以同轴旋转并且内含步进电机受控旋转的圆环以及分别连在三个圆环上的发射端伸缩杆、接收端伸缩杆、支撑伸缩杆；所述激光发射端、信号接收端、握把分别通过发射端伸缩杆、接收端伸缩杆、支撑伸缩杆与对应的圆环相连。2.根据权利要求1所述的手持式双工作模式的激光前向散射式气溶胶衰减特性测量仪，其特征在于，所述圆环内含步进电机可受控旋转，三个伸缩杆与连接圆环的点的切线相垂直，发射端伸缩杆、接收端伸缩杆分别与激光发射端和信号接收端的光轴平行。3.根据权利要求2所述的手持式双工作模式的激光前向散射式气溶胶衰减特性测量仪，其特征在于，伸缩杆与激光发射端和信号接收处理端连接处不可旋转。4.根据权利要求2或3所述的手持式双工作模式的激光前向散射式气溶胶衰减特性测量仪，其特征在于，伸缩杆为不锈钢伸缩杆。5.根据权利要求1所述的手持式双工作模式的激光前向散射式气溶胶衰减特性测量仪，其特征在于，所述握把包括圆柱把手、探测按钮、开关按钮、电池槽和USB接口，所述探测按钮、开关按钮、电池槽和USB接口都在圆柱把手上，所述电池槽与USB接口并联并连接在控制模块，所述探测按钮、开关按钮和控制模块相连。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春勇，刘敬尧，戴昊，严伟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：