专利汇可以提供基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统及其方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 激光雷达 的 云 中 水 拉曼散射 全 光谱 测量系统,包括激光发射装置、激光接收装置、光谱分辨装置、光电探测装置、 数据采集 装置和双脉冲触发装置,所述激光发射装置包括 激光器 、扩束器和反射镜;所述光谱分辨装置包括光纤、非球面镜、宽带滤光片、光栅光谱仪和旋转平台;所述光电探测装置包括将光 信号 转变为 电信号 的 光电倍增管 ;所述数据采集装置包括 光子 计数卡和计算机;所述双脉冲触发装置包括感应触发模 块 、 单片机 和 门 控装置。同时,本发明还公开了一种基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量方法。本发明以云中固态水和液态水为探测对象,整个系统结构紧凑,易于控制和调节,系统 稳定性 高。,下面是基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统及其方法专利的具体信息内容。
1.基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统,包括激光发射装置、激光接收装置、光谱分辨装置、光电探测装置和数据采集装置,
所述激光发射装置设置于被测云的下方,包括激光器(1)、扩束器(2)和反射镜(3),所述激光器(1)、所述扩束器(2)和所述反射镜(3)的中心设置在同一条直线上,所述激光器(1)发射出的激光脉冲进入到所述扩束器(2)的入口,所述扩束器(2)将激光脉冲发射到所述反射镜(3),所述反射镜(3)将所述激光脉冲垂直发射至空中,并打在被测云体上;
所述激光接收装置为望远镜(4),收集被测云体反射的回波信号,并将回波信号发送至所述光谱分辨装置;
所述光谱分辨装置包括光纤(5)、非球面镜(6)、宽带滤光片(7)、光栅光谱仪(8)和旋转平台(9),所述光纤(5)的出口、所述非球面镜(6)、所述宽带滤光片(7)和所述光栅光谱仪(8)的中心设置在同一直线上,所述光纤(5)的入口接收所述望远镜(4)输出的回波信号,所述回波信号依次通过所述光纤(5)、所述非球面镜(6)、所述宽带滤光片(7)和所述光栅光谱仪(9)后,传递到所述光电探测装置;
所述光电探测装置包括光电倍增管(10),其输入端与所述光栅光谱仪(8)通过信号连通,当所述光栅光谱仪(8)处于打开状态时,接收所述光栅光谱仪(8)发送的光谱信号并将信号转发至所述数据采集装置;
所述数据采集装置包括光子计数卡(11)和计算机(12),所述光子计数卡(11)的输入端与所述光电倍增管(10)的输出端信号连接,接收所述光电倍增管(10)的信号进行采样和计数,并将数据传送到所述计算机(12)。
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统,其特征在于,所述系统还包括双脉冲触发装置,所述双脉冲触发装置包括感应触发模块(14)、单片机(15)和门控装置(13),所述感应触发模块(14)设置于所述激光器(1)的激光发射范围内,与所述单片机(15)连接,传送电信号到所述单片机(15);所述单片机(15)的输出端与所述光子计数卡(11)连接,传递双脉冲触发信号到所述光子计数卡(11),控制所述光子计数卡(11)的打开与闭合;所述单片机(15)通过所述门控装置(13)与所述光电倍增管(10)连接,传递门控信号到所述光电倍增管(10),控制所述光电倍增管(10)的打开与闭合。
3.根据权利要求1所述的基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统,其特征在于,所述光谱分辨装置还包括旋转平台(9),所述光栅光谱仪(8)固定设置于所述旋转平台(9)上。
4.根据权利要求1所述的基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统,其特征在于,所述光栅光谱仪(8)采用平面反射光栅,所述平面反射光栅的相邻谱线角间隔和每毫米光栅的刻槽数由公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)确定:
δθ=Dθ·δλ(4)
其中d是光栅常数;N是每毫米光栅的刻槽数,单位为毫米;λ为选定的基准波长,单位为毫米;θ为一级谱线的衍射角,单位为度;k为光谱级别;Dθ为光栅的角色散本领,单位为度;δθ为相邻谱线角间隔,单位为度;δλ为相邻谱线波长差,单位为毫米;Δθ为谱线的半角宽度,单位为度。
5.根据权利要求1所述的基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统,其特征在于,所述激光器(1)为Nd:YAG激光器。
6.根据权利要求1所述的基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统,其特征在于,所述宽带滤光片(7)的中心波长为405nm,通带带宽为40nm。
7.根据权利要求1所述的基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量系统,其特征在于,所述光子计数卡(11)的时间分辨率为100ns,距离分辨率为15m,最大计数率200MHz。
8.基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量方法,其特征在于,按照如下步骤进行:
㈠激光器(1)发射激光脉冲,经扩束器(2)对激光进行扩展和准直后,通过反射镜(3)使得激光脉冲光束垂直射入空中,并打在待测云体上;
㈡位于激光器(1)附近的感应触发模块(14)感应到激光后,传递信号到单片机(15),单片机(15)下发门控信号和双脉冲触发信号,所述门控信号在激光发出后拉曼散射信号到达前使光电倍增管(10)开门,准备接收拉曼散射信号;
㈢在步骤㈡中双脉冲触发信号的第一个脉冲到来时,由望远镜(4)接收拉曼散射信号和背景光信号,并将接收的信号传入到光纤(5)中,由光纤(5)对光波进行准直;
㈣经光纤(5)准直的光波由非球面镜(6)进行准直-聚焦,变成平行光;所述平行光经过宽带滤光片(7)滤除部分干扰噪声后,到达转动的光栅光谱仪(8),所述光栅光谱仪(8)以一定角分辨率和波长间隔探测拉曼回波信号,并将信号传递至光电倍增管(10);
㈤光电倍增管(10)将接收的光信号转变为电信号,发送到光子计数卡(11),所述光子计数卡(11)对接收的电信号进行采样和计数,将模拟信号转换为数字信号并将数字信号传递到计算机(12),计算机(12)对接收的数字信号进行处理并存储;
㈥在步骤㈡中双脉冲触发信号的第二个脉冲到来时,由望远镜(4)接收背景光信号,并将接收的信号传入到光纤(5)中,由光纤(5)对光波进行准直后,执行步骤㈣和步骤㈤;
㈦将步骤㈤中得到的信号减去步骤㈥中得到的信号,得到光谱的特征信息。
9.根据权利要求1所述的基于激光雷达的云中水拉曼散射全光谱测量方法,其特征在于,所述光栅光谱仪(8)采用平面反射光栅,所述平面反射光栅的相邻谱线角间隔和每毫米光栅的刻槽数由公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)确定:
δθ=Dθ·δλ(4)
其中d是光栅常数;N是每毫米光栅的刻槽数,单位为毫米;λ为选定的基准波长,单位为毫米;θ为一级谱线的衍射角,单位为度;k为光谱级别;Dθ为光栅的角色散本领,单位为度;δθ为相邻谱线角间隔,单位为度;δλ为相邻谱线波长差,单位为毫米;Δθ为谱线的半角宽度,单位为度。
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