中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，屬于激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
常規(guī)大氣污染物監(jiān)測(cè)方式主要有電化學(xué)式、催化燃燒式、半導(dǎo)體式和紅外線式，探測(cè)氣體種類單一，距離近，壽命短。激光氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)是近些年發(fā)展起來的新型氣體探測(cè)技術(shù)，特點(diǎn)是非接觸無需采樣、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、可遠(yuǎn)程遙測(cè)。目前在大氣痕量氣體監(jiān)測(cè)中最常用的光譜技術(shù)有紫外/可見波段的差分光學(xué)吸收光譜(DOAS)、差分吸收激光雷達(dá)(DIAL)、紅外波段的傅里葉變換光譜(FTIR)、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)等。DOAS和TDLAS技術(shù)多采用紫外、近紅外固定波長(zhǎng)激光，氣體吸收在此波段較弱，在大氣中傳輸距離受限。許多有毒有害氣體在中紅外波段(2um?4um)具有強(qiáng)烈的吸收峰(比可見光/近紅外波段吸收高幾個(gè)數(shù)量級(jí))，可以獲得更高的靈敏度、更遠(yuǎn)的探測(cè)距離。例如一氧化氮、二氧化硫、二氧化氮?dú)怏w分別在2.7um、3.3um、3.5um有較強(qiáng)吸收峰，同時(shí)2um?4um也是大氣透過率窗口，因此允許數(shù)百米甚至千米以上的遠(yuǎn)程探測(cè)。采用中紅外波段的激光雷達(dá)檢測(cè)污染物能夠極大的提高探測(cè)靈敏度。對(duì)于目前的環(huán)保形勢(shì)是非常必要的。
[0003]大氣污染物的來源十分廣泛，主要來源有工業(yè)生產(chǎn)、生活采暖、交通運(yùn)輸?shù)?。工業(yè)是大氣污染的一個(gè)重要來源。工業(yè)排放到大氣中的污染物種類繁多，有煙塵、硫的氧化物、氮的氧化物、有機(jī)化合物、鹵化物、碳?xì)浠衔锏?。汽車、火車、飛機(jī)、輪船是當(dāng)代的主要運(yùn)輸工具，它們燒煤或石油產(chǎn)生的廢氣也是重要的污染物。特別是城市中的汽車，量大而集中，排放的污染物能直接侵襲人的呼吸器官，對(duì)城市空氣的污染很嚴(yán)重，成為大城市空氣的主要污染源之一。汽車排放的廢氣主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳?xì)浠衔锏?，前三種物質(zhì)危害性很大。
[0004]國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有煙氣污染物(S02、N0、N02等)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備普遍存在低濃度測(cè)量組分“單一”、靈敏度低、檢測(cè)下限高等突出問題。在污染物濃度較低情況下(<50mg/m3)出現(xiàn)較大偏差，無法滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，市場(chǎng)急需適用于低濃度排放的檢測(cè)設(shè)備。但是目前中紅外激光雷達(dá)只能依賴于進(jìn)口，急需尋找國(guó)產(chǎn)同等光源進(jìn)行替代，同時(shí)此波段氣體探測(cè)的整體解決方案目前在國(guó)內(nèi)也處于空白狀態(tài)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)急需此種設(shè)備。
[0005]中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)是高靈敏度氣體污染探測(cè)激光雷達(dá)的重要組成部分。中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)承擔(dān)了激光束的發(fā)射和回波接收等重要工作。自身的光學(xué)質(zhì)量直接影響整機(jī)的性能。同時(shí)由于該設(shè)備為外場(chǎng)工作設(shè)備，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性要求較高。該設(shè)備研發(fā)難度較大。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在的問題提供一種中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)性能好并且能夠克服高低溫貯存環(huán)境，保證具有良好的剛性防止運(yùn)載車行進(jìn)過程中顛簸產(chǎn)生的損壞。
[0007]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、差分光路系統(tǒng)，所述的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的激光束經(jīng)過轉(zhuǎn)向鏡照射到所述的掃描系統(tǒng)出射后照射到被測(cè)目標(biāo)上，通過瞄準(zhǔn)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo);被測(cè)目標(biāo)將激光束反射回來通過掃描系統(tǒng)后由接收系統(tǒng)接收，再入射到瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和差分光路系統(tǒng);所述的掃描系統(tǒng)包括安裝支座，所述的安裝支座里面通過水平軸系安裝水平掃描倉(cāng)，所述的水平軸系連接水平掃描驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述的水平掃描倉(cāng)通過垂直軸系連接垂直掃描倉(cāng)，所述的垂直軸系連接垂直掃描驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述的垂直掃描倉(cāng)上部具有窗口。
[0008]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的水平掃描倉(cāng)里面設(shè)置有平面反射鏡三，所述的平面反射鏡三與所述的轉(zhuǎn)向鏡垂直設(shè)置，所述的垂直掃描倉(cāng)里面設(shè)置有平面反射鏡二，所述的平面反射鏡二與所述的平面反射鏡三平行設(shè)置。
[0009]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的發(fā)射系統(tǒng)包括激光器，所述的激光器的發(fā)射端前部設(shè)置有擴(kuò)束鏡，所述的擴(kuò)束鏡的鏡頭安裝在恒溫倉(cāng)中。
[0010]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的擴(kuò)束鏡采用無熱化鏡頭結(jié)構(gòu)，其鏡頭的工作波段為2?4μπι中紅外波段，采用硅制作正透鏡，鍺制作負(fù)透鏡實(shí)現(xiàn)校正熱像差。
[0011]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的接收系統(tǒng)包括與所述的轉(zhuǎn)向鏡設(shè)置在同一條主光軸上的平面反射鏡一以及位于所述的平面反射鏡一下方的拋物面反射鏡。
[0012]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的拋物面反射鏡采用口徑為Φ300πιπι的拋物面反射鏡。
[0013]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)的焦距不小于1000mm。
[0014]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包括與所述的平面反射鏡一形成45°入射角的相機(jī)，所述的相機(jī)前面設(shè)置有視場(chǎng)校正鏡，所述的視場(chǎng)校正鏡前面設(shè)置有分光鏡一O
[0015]所述的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述的差分光路系統(tǒng)包括與所述的分光鏡一設(shè)置在同一光路上的分光鏡二，所述的分光鏡二兩側(cè)分別依次設(shè)置有波段準(zhǔn)直鏡及濾光片、感光面。
[0016]有益效果:
1.本發(fā)明基于國(guó)家對(duì)大氣污染防治提出的新的更高的要求，所以迫切需要設(shè)計(jì)研發(fā)出針對(duì)污染物排放的更低檢測(cè)下限和更高檢測(cè)靈敏度的監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備。我們研制的這款中紅外激光雷達(dá)光學(xué)鏡頭順應(yīng)了形勢(shì)，它具有更高的檢測(cè)靈敏度。這款鏡頭采用中紅外波段(2um?4um)作為檢測(cè)波段，許多大氣污染氣體如一氧化氮、二氧化硫、二氧化氮?dú)怏w分別在
2.7um、3.3um、3.5um處有較強(qiáng)吸收峰，所以即使少量污染氣體也可以探測(cè)得到。應(yīng)用該款中紅外激光雷達(dá)光學(xué)鏡頭可以探測(cè)到更低濃度的污染物氣體(<50mg/m3)，所以這是一款具有更低檢測(cè)下限和更高檢測(cè)靈敏度的光學(xué)檢測(cè)鏡頭。
[0017]2.本發(fā)明的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)鏡頭具有高環(huán)境穩(wěn)定性，因?yàn)椴捎脛?dòng)態(tài)無熱化技術(shù)設(shè)計(jì)了光學(xué)系統(tǒng)，使得光學(xué)系統(tǒng)具有高溫度穩(wěn)定性，也使得整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性更好。
[0018]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的A-A部放大圖。
[0020]圖中:1、轉(zhuǎn)向鏡；2、安裝支座;3、水平軸系;4、水平掃描倉(cāng);5、水平掃描驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
6、垂直軸系;7、垂直掃描倉(cāng);8、垂直掃描驅(qū)動(dòng)電機(jī);9、窗口 ； 10、平面反射鏡三，11、平面反射鏡二； 12、激光器；13、擴(kuò)束鏡；14、平面反射鏡一；15、拋物面反射鏡；16、相機(jī)；17、視場(chǎng)校正鏡;18、分光鏡一;19、分光鏡二; 20、波段準(zhǔn)直鏡及濾光片;21、感光面。
[0021]【具體實(shí)施方式】:
如圖1-2所示:本實(shí)施例的中紅外激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、差分光路系統(tǒng)，所述的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的激光束經(jīng)過轉(zhuǎn)向鏡I照射到所述的掃描系統(tǒng)出射后照射到被測(cè)目標(biāo)上，通過瞄準(zhǔn)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo);被測(cè)目標(biāo)將激光束反射回來通過掃描系統(tǒng)后由接收系統(tǒng)接收，再入射到瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和差分光路系統(tǒng);所述的掃描系統(tǒng)包括安裝支座2，所述的安裝支座里面通過水平軸系3安裝水平掃描倉(cāng)4，所述的水平軸系連接水平掃描驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，所述的水平掃描倉(cāng)通過垂直軸系6連接垂直掃描倉(cāng)7