大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術提供大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置，該裝置可以用來對影響大氣環境和氣候的臭氧和二氧化硫進行長期的，較大高度范圍內的準確測量，測得的數據具有準確性，可靠性，可以用來對大氣環境和氣候變化的研究。該裝置包括：光路、數據采集單元、主控計算機，所述光路前部依次包括：激光發射器、擴束器、反射鏡、接收望遠鏡和準直鏡，光路的后部接收分別為分色鏡、半反半透鏡和全反鏡。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置，屬激光大氣探測領域。技術背景大氣二氧化硫和臭氧廓線的常規傳統的測量方法是無線電探空技術和激光雷達測量。不足和存在的問題無線電探空儀探測的精確度和實際地空間位置坐標存在很大 的不確定性；太陽光度計測量的是整層大氣的臭氧和二氧化硫的含量，不能進行空間分辨測量；而激光雷達測量比探空測量方便準確，但是就用激光雷達對大氣臭氧廓線進行測量而言，國內外常規的測量方法是差分吸收激光雷達測量，該方法所需要的激光光源的條件很苛刻，染料壽命很短導致激光光源的能量不穩定，而且不經濟；最主要的問題采用的波段都是紫外波段，但是在紫外波段臭氧和二氧化硫都存在吸收，這導致臭氧和二氧化硫的探測存在相互的干擾，使測量的結果不夠精確。
技術實現思路
本技術提供一種大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置，該裝置可以用來對影響大氣環境和氣候的臭氧和二氧化硫進行長期的，較大高度范圍內的準確測量，測得的數據具有準確性，可靠性，可以用來對大氣環境和氣候變化的研究。本技術的目的是通過以下措施實現的大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量裝置，該裝置包括光路、數據采集單元、主控計算機，所述光路前部依次包括激光發射器、擴束器、反射鏡、接收望遠鏡和準直鏡，光路的后部接收分別為分色鏡、半反半透鏡(532nm/266nm)和全反鏡(532nm/266nm)；所述分色鏡的分光送入光電探測器A,半反半透(532nm/266nm)鏡的反射光送入光電探測器B，全反鏡(532nm/266nm)的反射光送入光電探測器C，光電探測器A、B經數據采集單元與主控制計算機相連，光電探測器C經A/D轉數據換采集單元與主控計算機相連，所述光電探測器A、B均設有門控單元，各門控單元分別與主控計算機相連。激光發射器采用Nd :YAG激光器；光電探測器A、B、C采用光電倍增管，門控單元為光電倍增管門控電路；所述數據采集單元為光子計數卡和A/D轉換數據采集卡。上述裝置對應的探測方法，包括以下步驟Nd =YAG激光器的二倍頻532nm和四倍頻266nm光經過擴束鏡擴束后，再經過反射鏡垂直反射進入大氣，激光在大氣中發生瑞利、拉曼和米散射，散射光被望遠鏡接受，聚焦在望遠鏡的焦點上，再經過準直鏡準直后被分色鏡、半反半透(532nm/266nm)鏡和全反鏡(532nm/266nm),分別進入拉曼和瑞利/米通道，散射光中的氮拉曼光607nm被第一分色鏡分出進入拉曼通道，由光電探測器A探測后經數據采集單元送入主控計算機，測得拉曼散射回波信號強度P (Z);散射光中的532nm光(遮擋住266nm光源)經半反半透鏡反射后進入瑞利通道，由光電探測器B探測后經數據采集單元送入主控計算機，測得高空瑞利散射(532nm)回波信號強度Q(Z);散射光中的532nm光(擋住266nm光源)經半反半透鏡透射光鏡全反鏡反射進入米通道，由光電探測器C探測后經A/D轉換數據采集單元送入主控計算機，測得低空米散射(532nm)回波信號強度Q (z)；將拉曼通道607nm的拉曼散射回波信號P(z)和瑞利/米通道532nm的散射回波 信號Q(Z)代入伯努利方程組 In k .)ρ( ) ^ ,、 j; =-^--0.0001 - 1.85χ (I) dzQ(-)=1 =A-,xexpi2) Jz0其中P(z)為拉曼回波信號強度，Q(Z)為瑞利/米回波信號強度，X為氣溶膠消光系數，y為臭氧濃度，k與Ic1為常數，z為激光傳輸的高度；利用方程組(I)，(2)，解方程組得到大氣臭氧的含量隨高度變化的分布廓線。上述探測方法，還包括以下步驟散射光中的266nm(遮擋住532nm光源)光經半反半透鏡反射后進入瑞利通道，由光電探測器B探測，經數據采集單元送入主控計算機，測得瑞利散射(266nm)回波信號強度Q(z)；散射光中的266nm(遮擋住532nm光源)光經半反半透鏡透射后，由全反鏡反射進入米通道，由光電探測器C探測，經A/D轉換數據采集單元送入主控計算機，測得米散射(266nm)回波信號強度Q(z)從以上兩回波信號中反演總吸收引起的總消光；從總消光中扣除純凈大氣臭氧吸收引起的消光，得到二氧化硫吸收引起的消光，再根據二氧化硫在266nm處的吸收截面，得到準確二氧化硫的含量隨高度的分布廓線。本技術相比現有技術具有如下優點I、現有的大氣二氧化硫和臭氧廓線的差分吸收激光雷達的常規觀測，存在二氧化硫和臭氧相互影響，測量結果的準確度有待于提高。2、現有的差分吸收激光雷達的染料激光輸出本身存在壽命很短的問題，導致激光的輸出能量的不穩定和實驗的非連續。3、本技術對大氣二氧化硫和臭氧廓線實行同時觀測，通過拉曼-瑞利/米多功能激光雷達測量大氣臭氧的濃度廓線，使用的波段不存在二氧化硫的干擾，因而能準確高精度測量臭氧的含量；用Nd :YAG 二倍頻(532nm)，不存在二氧化硫的吸收，能在不存在二氧化硫干擾的情況下準確測量大氣臭氧廓線；同時用Nd:YAG四倍頻激光測量二氧化硫，從四倍頻回波信號的總吸收引起的消光中扣除準確的大氣臭氧導致的消光，即可測得準確的二氧化硫含量。解決在測量二氧化硫和臭氧的過程中，二氧化硫和臭氧相互干擾的問題，得到準確的二氧化硫和臭氧廓線。4、本技術可以用來對影響大氣環境和氣候的臭氧和二氧化硫進行長期的，較大高度范圍內的準確測量，測得的數據具有準確性，可靠性，可以用來對大氣環境和氣候變化的研究。5、本技術所測數據的穩定性遠遠超過常規差分吸收激光雷達的數據，因而數據的可信度準確度大大提高；測量的高度也較常規差分吸收激光雷達的測量范圍大大增加；試驗條件比差分吸收簡單，穩定，經濟。能方便實用于大氣臭氧和二氧化硫廓線的測量。附圖說明圖I為本技術拉曼-瑞利-米激光雷達測量大氣二氧化硫和臭氧廓線探測方法的主要說明部分。圖2為大氣二氧化硫和臭氧廓線測量裝置的結構示意圖。圖2中a_接收望遠鏡；b-小孔光闌；c_會聚透鏡；d_分色鏡；e_半反半透鏡(532nm/266nm) ；f-全反鏡；m代表二倍頻；n代表四倍頻；I代表拉曼通道；II代表瑞利通道JII代表米通道。具體實施方式本技術用ND:YAG激光器的二次諧波(二倍頻)和四次諧波(四倍頻)激光輸·出到大氣中，在二次諧波的后向散射信號(遮擋住266nm光源)和氮拉曼散射回波信號中考慮大氣臭氧的吸收引起的消光；由二次諧波的后向散射雷達方程和氮拉曼回波的拉曼散射雷達方程組成方程組，得到含有臭氧消光的伯努利方程，該方程中不存在二氧化硫的吸收引起的消光，解該伯努利方程得到大氣臭氧的廓線；最后從四次諧波回波信號(遮擋住532nm光源)的總吸收消光中扣除純凈大氣臭氧吸收引起的消光，從而得到準確二氧化硫的含量。本技術的大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼-米/瑞利多功能激光雷達測量裝置包括光路、數據采集單元、主控計算機，所述光路前部依次包括激光發射器、擴束器、反射鏡、接收望遠鏡和準直鏡，光路的后部接收分別為分色鏡、半反半透(532nm/266nm)鏡和全反鏡(532nm/266nm)；所述分色鏡的分光送入光電探測器A,半反半透鏡(532nm/266nm)反射本文檔來自技高網...

【技術保護點】
大氣二氧化硫和臭氧廓線拉曼？瑞利/米多功能激光雷達測量裝置，該裝置包括：光路、數據采集單元、主控計算機，所述光路前部依次包括：激光發射器、擴束器、反射鏡、接收望遠鏡和準直鏡，光路的后部接收分別為分色鏡、半反半透鏡和全反鏡；所述分色鏡的分光送入光電探測器A，半反半透鏡的反射光送入光電探測器B，全反鏡的反射光送入光電探測器C，光電探測器A、B經數據采集單元與主控制計算機相連，光電探測器C經A/D轉數據換采集單元與主控計算機相連，所述光電探測器A、B均設有門控單元，各門控單元分別與主控計算機相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹念文，施建中，楊豐愷，周昭明，
申請(專利權)人：南京信息工程大學，
類型：實用新型
國別省市：