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专利号: 2022109345223
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于,包括:宽谱光源、多通道滤波器、脉冲发生和功率放大模块、激光束收发模块、解波分复用模块、多通道探测模块、数据采集模块和数据处理模块;

其中,所述宽谱光源用于出射宽谱激光;

所述多通道滤波器用于将宽谱光源出射的宽谱激光滤出多个不同频率的激光信号,多个不同频率的激光信号分别对应待测气体吸收曲线的不同位置;其中,滤出的每个频率对应的曲线的半高全宽均小于预设的阈值;待测气体包含一种或多种气体;

所述脉冲发生和功率放大模块用于将宽谱光源输出的连续光斩成脉冲光并通过激光放大器将脉冲光进行功率放大;

所述激光束收发模块用于出射放大后的激光脉冲至待测气体,并接收激光在待测气体中的后向散射信号;

所述解波分复用模块用于将多个频率的激光后向散射信号解复用至对应的多个光纤信号通道中,不同的光纤信号通道对应不同的信号频率;

所述多通道探测模块包括多个探测通道,用于探测所述解波分复用模块解复用后的多个光纤信号通道中的信号,并输出相应的电信号;

所述数据采集模块用于采集所述多通道探测模块输出的电信号;

所述数据处理模块用于处理所述数据采集模块采集到的多个频率的回波信号,反演待测气体在不同距离处的吸收光谱,计算不同距离处的气体浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于:所述宽谱光源为紫外至红外波段的宽谱光源。

3.根据权利要求1所述的一种基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于:所述多通道滤波器为法布里珀罗干涉仪;所述预设的阈值为100MHz。

4.根据权利要求1所述的一种基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于:所述激光束收发模块包括环形器和望远镜,所述环形器用于出射所述放大后的激光脉冲至所述望远镜,所述环形器还用于将所述望远镜接收回的待测气体的后向散射信号传输至所述解波分复用模块;所述望远镜用于出射激光束至待测气体中和接收待测气体的后向散射信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于:所述解波分复用模块为WDM波分复用器或色散光栅。

6.根据权利要求1所述的一种基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于:所述解波分复用模块包括多个输出端,所述多通道探测模块包括对应的多个探测通道,每个探测通道用于探测对应的一个解波分复用模块输出端输出的信号。

7.根据权利要求6所述的一种基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于:所述多通道探测模块包括与宽谱光源输出波段对应的多通道光电探测器。

8.根据权利要求6所述的基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于,所述多通道探测模块包括多个光电探测器。

9.根据权利要求1所述的基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于,所述数据处理模块包括非线性拟合单元和气体浓度计算单元;

所述非线性拟合单元用于根据所述数据采集模块采集到的多个频率的回波信号得到不同距离处的吸收光谱,并对所述吸收光谱进行非线性拟合,获得拟合曲线;

所述气体浓度计算单元用于计算所述拟合曲线的面积,根据所述面积计算待测气体的浓度。

10.根据权利要求1所述的基于宽谱光源的气体探测激光雷达,其特征在于,对所述吸收光谱进行非线性拟合,包括:对所述吸收光谱采用洛伦兹曲线拟合;

若吸收光谱中包含一个吸收峰,则对所述吸收光谱采用单峰洛伦兹曲线拟合;

若吸收光谱中包含多个吸收峰,则对所述吸收光谱采用多峰洛伦兹曲线拟合。