利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2020108283540
申请人: 南京晓庄学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于CCD侧向探测的气溶胶激光雷达系统,其特征在于:包括CCD和三块沿水平向并排放置的柱面镜,三块柱面镜对应的穿过其焦点的轴线与水平面的夹角依次递增或依次递减,三块柱面镜的焦线同时位于CCD探测面上;CCD和三块柱面镜分别固定在与其对应的角度调节机构上;先将三块柱面镜的聚光面相对于水平面的角度调节好,然后再通过CCD的角度调节机构来使三块柱面镜的焦平面均位于CCD探测面上;系统通过采用三块以不同角度并排放置的柱面镜同时接收低、中、高三段大气气溶胶信息,CCD探测到代表三个高度段的三条并排光束;

每块柱面镜的上下两面镀增透膜,增大光的透光率,SiO2增透膜由如下方法制备而成:

步骤1,将摩尔比为 1: 4: 38: 0.2: 0.5的Si、去离子水、无水乙醇、NH3以及聚酰胺酰亚胺混合,搅拌均匀后在稳定环境下静置20天,得到碱催化的SiO2溶胶;SiO2溶胶的质量百分浓度为3%,在镀膜前,用无水乙醇将溶胶稀释一倍;其中,Si为六甲基二硅胺烷和正硅酸乙酯中的Si总量,其中,六甲基二硅胺烷/正硅酸乙酯= 0.1;

步骤2,在相对湿度环境<50%的环境下,将经过预处理的基底浸入步骤1的SiO2溶胶中,‑1

采用浸渍提拉法在基底上镀碱催化SiO2膜,其中,提拉速度为80 mm.min ;

所述系统还包括控制装置、分别通过电缆与控制装置连接激光器和平移台、第一反射镜、倍频器以及第二反射镜;CCD也通过电缆与控制装置连接,控制装置通过无线通讯模块与远程控制终端连接;第一反射镜固定在平移台上,第一反射镜的放置角度与激光器输出光轴成45°夹角;倍频器固定在激光器输出光轴线上,倍频器的输入端口与激光器输出光轴同轴,第二反射镜固定在倍频器的输出端后方,第二反射镜的放置角度与倍频器的输出光轴成45°夹角;所述角度调节机构包括对称设置的支撑杆以及与支撑杆通过转轴转动连接的安装架,转轴一端与安装架固定连接,转轴另一端通过轴承与支撑杆固定连接,柱面镜的侧边或CCD壳体均固定在安装架内,当安装架相对支撑杆转动到对应位置时,通过螺栓将安装架和支撑杆固定;即安装架侧边在对应转轴处沿转轴为中心设有一圈螺栓孔,螺栓穿过支撑杆上的螺栓孔,通过内外螺纹与安装架侧边的螺栓孔固定连接;三块柱面镜对应的角度调节机构并排设置在CCD的前侧;

所述平移台包括传动滑块、固定在传动滑块上的放置平台以及驱动传动滑块横向移动的传动机构,传动机构包括铺设在光学平台上的支撑板,支撑板上铺设有X轴向延伸的导轨;传动机构还包括固定在光学平台上的传动电机以及与传动电机输出轴固定连接的传动螺杆;传动滑块为带螺纹孔的传动滑块,传动滑块套设在传动螺杆上;传动滑块与导轨相互配合连接;传动螺杆的两个端部分别通过轴承固定在导轨上;第一反射镜放置在放置平台上;支撑板上设有限位传感器,限位传感器为超声波传感器或红外传感器,限位传感器通过电缆或无线通讯方式与控制装置连接;限位传感器用于检测传动滑块在支撑板上向左或向右移动的位置;

上述系统的工作过程:激光器产生基波激光,平移台上以45°角放置的第一反射镜置于激光器输出光路中,从而使输出的激光束经过第一反射镜垂直反射到空中,激发大气气溶胶基波光的米氏散射,三块柱面镜分别对准激光光束的低、中、高三段,且三块柱面镜的焦平面均位于CCD探测面上,以便CCD同时接收三个不同高度大气气溶胶米氏散射的回波光信号,此时,CCD拍摄一张或多张基波光气溶胶散射图像,该图像中同时包含三段基波激光光束上各散射点的侧向散射光信号,CCD将得到的图像信号传送至控制装置中;控制装置控制传动电机正转,在传动电机的带动下使平移台上的第一反射镜移出激光器的输出光路,此时激光器输出的激光束送入倍频器,经倍频器后得到倍频光,倍频光经以45°角固定放置的第二反射镜反射后垂直发射到空中,激发大气气溶胶倍频光的米氏散射;三块柱面镜分别对准激光光束的低、中、高三段,且三块柱面镜的焦平面均位于CCD探测面上,以便CCD同时接收三个不同高度大气气溶胶米氏散射的回波光信号,此时,CCD拍摄一张或多张倍频光气溶胶散射图像,该图像中同时包含三段倍频光激光光束上各散射点的侧向散射光信号,CCD将得到的图像信号传送至控制装置中;CCD拍摄的照片,照片中同时包含三条光柱,分别对应低、中、高三段大气各高度上的侧向散射光信号;控制装置对CCD拍摄到的侧向激光光束照片进行标记和读取,并将CCD采集的图像进行分类存储,以进行后续大气气溶胶参数的精确反演;利用高度定标和数据反演处理,并对低—中和中—高两段高度的重叠区域进行数据融合,获得两波长的低、中、高三段大气气溶胶光学参数的高分辨空间分布信息;

等到设定时间后,控制装置控制传动电机反转,在传动电机的带动下传动滑块相对支撑板沿反方向移动,当传动滑块的前端到达位于支撑板侧边的限位传感器时,控制装置关闭传动电机,此时平移台上以45°角放置的第一反射镜再次置于激光器的输出光路中。