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原文传递一种差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置

专利名称：	一种差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置
摘要：	本发明公开了一种差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置，包括激光发射单元、光学接收单元、信号采集和信号分析单元，所述的激光发射单元采用D2、CH4双拉曼管光源系统，同时发射395.6nm和396.82nm激光，由光学接收单元接收，光学接收单元出来的光信号由信号采集单元转换为数字信号并保存在工控机上，通过信号分析单元实时分析。两通道的回波信号同时探测，满足对流层NO2垂直廓线探测精度的需求，本发明可以实现对对流层NO2立体分布的昼夜全天候观测，具有较高的时间分辨率、空间分辨率和高探测精度。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院合肥物质科学研究院
发明人：	范广强;张天舒;吕立慧;项衍;付毅宾;董云升;赵雪松;刘建国;刘文清
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T01:00:00+0805
申请号：	CN201911352717.1
公开号：	CN111089855A
代理机构：	北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：	杨学明;顾炜
分类号：	G01N21/65;G01N21/01;G01S13/95;G;G01;G01N;G01S;G01N21;G01S13;G01N21/65;G01N21/01;G01S13/95
申请人地址：	230031 安徽省合肥市蜀山湖路350号
主权项：	1.一种差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置，其特征在于：包括激光发射单元、光学接收单元、信号采集和信号分析单元；所述激光发射单元包括：差分吸收激光雷达第一路发射激光单元，其包括Nd:YAG三倍频激光器、分色镜、第一45°全反镜、第一透镜、充D2拉曼管、第二45°全反镜、第二透镜、第三45°全反镜；其中Nd:YAG四倍频激光器、分色镜为差分吸收激光雷达两路发射激光单元的共同部分；差分吸收激光雷达第二路发射激光单元，其包括第四45°全反镜、第三透镜、充CH4拉曼管、第五45°全反镜、第四透镜、第六45°全反镜；所述Nd:YAG三倍频激光器和充D2的拉曼管、充CH4的拉曼管、分色镜、第一45°全反镜、第二45°全反镜、第三45°全反镜、第四45°全反镜、第五45°全反镜、第六45°全反镜、第一透镜、第二透镜具有相同的中心高，依次搭载在一块光学平板上；Nd:YAG三倍频激光器输出波长为355nm，输出的激光被分色镜分为两束光，其中一束被第一45°全反镜折射后，经第一透镜后在充满D2的拉曼管内聚焦，产生各级Stokes效应，输出396.82nm拉曼频移光源，另一束355nm激光被第四45°全反镜折射后，经第三透镜后再充满CH4的拉曼管内聚焦，产生各级Stokes(斯托克斯)效应，各级Stokes效应包括一级效应，二级效应、三级效应，分别可以产生各种波长的拉曼频移光源，其中，355nm的激光经CH4的一级stokes效应后会产生395.6nm的激光，输出395.6nm、396.82nm拉曼频移光源，所述激光雷达接收光学系统包括接收望远镜和高光谱光栅光谱仪，所述高光谱光栅光谱仪包括准直镜、高分辨率平面全息光栅、凹面镜、第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜、光电倍增管组；准直镜将望远镜接收的回波信号转变为平行光，并由高分辨率平面全息光栅接收；高分辨率平面全息光栅将395.6nm、396.82nm光进行色散和分离；凹面镜采用长焦镜，并采用第一平面镜、第二平面镜、第三平面镜多次反射增加光程，将395.6nm、396.82nm分离至足够光电倍增管组能够接收的距离，信号采集和信号分析单元包括瞬态记录仪和工控机，瞬态记录仪包括高速AD采集器和光子计数器两个模块，这两个模块对同一路差分吸收回波信号同时接收，AD采集器负责近低端高度强回波信号，光子计数器负责远距离单光子回波信号。 2.根据权利要求1所述的差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置，其特征在于：所述工控机自动控制Nd:YAG三倍频激光器、瞬态记录仪工作，工控机通过串口向Nd:YAG三倍频激光器发送激光开启信号，同时给瞬态记录仪发送工作信号，进入预工作状态；Nd:YAG三倍频激光器出光后，Nd:YAG三倍频激光器、瞬态记录仪同时发送信号反馈给工控机，Nd:YAG三倍频激光出光后经分色镜分光后分别经过差分吸收激光雷达两路发射激光单元产生395.6nm和396.82nm激光，发射到大气中，并与大气中的颗粒物、空气分子发生米散射和瑞利散射作用，与痕量气体NO2发生吸收作用，接收望远镜接收两路差分吸收回波信号，并由高光谱光栅光谱仪分离，光电倍增管组将光信号转换为电流信号，瞬态记录仪同步进行数据采集，并同时将实际采集脉冲数实时传递给工控机，工控机根据瞬态记录仪反馈的实际采集脉冲数进行计时和实时显示信号状态，同时监控Nd:YAG三倍频激光器、瞬态记录仪的工作状态；计时达到预设结果时，工控机通过串口向Nd:YAG三年倍频激光器、瞬态记录仪同时发送停止工作命令，工控机将采集到的数字信号、采集参数和仪器工作状态数据保存为激光雷达数据文件，这一工作过程是一个循环不间断的过程。 3.根据权利要求1所述的差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置，其特征在于：所述D2拉曼管、CH4拉曼管装置的395.6nm、396.82nm拉曼频移光的泵浦效率达到25％。 4.根据权利要求1所述的差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置，其特征在于：所述第一透镜、第二透镜组成2倍扩束的系统，第三透镜、第四透镜组成2倍扩束的系统。 5.根据权利要求1所述的差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置，其特征在于：所述高光谱光栅光谱仪采用高分辨率平面光栅，高光谱光栅光谱仪光谱分辨率为0.06nm/mm，光学效率达到了30％以上。 6.根据权利要求1所述的差分吸收激光雷达NO2时空分布昼夜自动探测装置，其特征在于：所述基于双拉曼管的差分吸收激光雷达臭氧时空分布昼夜自动探测装置时间分辨率为15min，空间分辨率为150m。
所属类别：	发明专利