專(zhuān)利名稱(chēng)：一種直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，特別是一種直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，主要應(yīng)用在激光和遙感領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)，它向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束)，然后將接受到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要用于接收激光雷達(dá)發(fā)射激光被目標(biāo)物散射回來(lái)的回波信號(hào)，并聚焦到接收光學(xué)系統(tǒng)中，因此望遠(yuǎn)鏡口徑越大，接收到的回波信號(hào)越多，能量越強(qiáng)，越有利于信號(hào)分析。而激光雷達(dá)發(fā)射激光的能量也是與望遠(yuǎn)鏡的口徑大小存在一定關(guān)系發(fā)射激光能量小時(shí)，可通過(guò)增加望遠(yuǎn)鏡口徑來(lái)增強(qiáng)回波信號(hào)；望遠(yuǎn)鏡口徑小時(shí)，可以通過(guò)增加發(fā)射激光的能量來(lái)增強(qiáng)回波信號(hào)。激光雷達(dá)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡就成了激光雷達(dá)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)具有大口徑、輕重量、高波前質(zhì)量的特性。通常激光雷達(dá)需要全天候進(jìn)行觀測(cè)， 以測(cè)量探測(cè)對(duì)象的季節(jié)性實(shí)時(shí)性變化，這樣光學(xué)望遠(yuǎn)鏡作為激光雷達(dá)的一部分用于接收大氣后向散射信號(hào)，長(zhǎng)期直接與大氣接觸，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡表面容易沉積灰塵、霜 Mo為了保證光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的接收效率，保證光學(xué)望遠(yuǎn)鏡表面的潔凈、干燥也成了首要問(wèn)題?，F(xiàn)有通常采用的方法是在望遠(yuǎn)鏡表面加裝一塊光學(xué)防護(hù)鏡片，并將光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)放置在通風(fēng)和少塵的地方，這樣可以通過(guò)清潔光學(xué)防護(hù)鏡片的表面來(lái)清潔望遠(yuǎn)鏡。光學(xué)防護(hù)鏡片的口徑要與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的口徑相同、其加工精度要與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡表面相當(dāng)，特別是對(duì)于相干激光雷達(dá)而言，通常需要達(dá)到納米級(jí)的工作波長(zhǎng)。目前采用的加裝防護(hù)鏡片的方法有以下幾個(gè)方面的缺陷第一，由于光學(xué)防護(hù)鏡片的要求也非常高，這將加倍整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的制造成本。第二，對(duì)于大口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，主鏡可以無(wú)形變安裝，但光學(xué)防護(hù)鏡片需要安裝在望遠(yuǎn)鏡的桶口，難以控制器形變對(duì)波前的影響，從而影響光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的接收效率。第三，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑越大，光學(xué)防護(hù)鏡片口徑越大、質(zhì)量越大，不僅拆卸不方便，清洗也不方便，在清洗過(guò)程中灰塵顆粒會(huì)夾雜在擦拭物與光學(xué)表面之間，容易造成劃傷。第四，在霜凍天氣或凌晨時(shí)候，防護(hù)鏡片表面容易形成霜凍或凝結(jié)露水，而水滴會(huì)溶解灰塵之中的可溶物，使塵埃顆粒與玻璃表面之間形成“鹽橋”，增加除塵難度，而且水本身亦可能溶有少量的有害物質(zhì)，對(duì)玻璃表面造成輕微的侵蝕。 第五，即使是安裝防護(hù)鏡片，也不一定能保證望遠(yuǎn)鏡表面沒(méi)有灰塵。望遠(yuǎn)鏡不可避免的污染當(dāng)屬灰塵，空氣中懸浮的塵埃粒子是帶有電荷的粒子，它將對(duì)其遇到的任何靜電場(chǎng)起反應(yīng)。由于望遠(yuǎn)鏡表面長(zhǎng)期暴露在空氣中，與空氣中氣體摩擦而產(chǎn)生靜電，帶電塵埃被具有不同極性的望遠(yuǎn)鏡帶電表面所吸附。如果塵?；蛘咄h(yuǎn)鏡表面二者之中一個(gè)是絕緣體，在碰撞時(shí)塵埃將不會(huì)被中和而吸附于望遠(yuǎn)鏡表面。因此我們采用靜電除塵的方法，先中和塵埃粒子的電荷，使望遠(yuǎn)鏡表面對(duì)其不再有吸附作用，氣流再將塵埃粒子吹出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使望遠(yuǎn)鏡直接暴露在空氣中工作，提高望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)效率， 而且可以抵抗微弱的振動(dòng)，提高光學(xué)激光雷達(dá)在特殊氣候條件下的適應(yīng)能力。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，包括 望遠(yuǎn)鏡空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器、冷干機(jī)、高壓發(fā)生器、環(huán)形離子風(fēng)嘴；在望遠(yuǎn)鏡的桶上方的數(shù)個(gè)對(duì)稱(chēng)方向分別安裝環(huán)形離子風(fēng)嘴，通過(guò)高壓發(fā)生器將經(jīng)過(guò)環(huán)形離子風(fēng)嘴的高壓氣流電離，產(chǎn)生大量正負(fù)離子并隨氣流沿望遠(yuǎn)鏡的桶壁迅速吹向望遠(yuǎn)鏡，貼近望遠(yuǎn)鏡弧形表面，并集中在望遠(yuǎn)鏡中心，最終形成均勻、穩(wěn)定向上的氣流，在此過(guò)程中中和了望遠(yuǎn)鏡上所積累的靜電電荷，同時(shí)向上的高速離子氣流將靜電吸引的塵粒吹出，并阻止其再次吸引塵埃粒子；環(huán)形離子風(fēng)嘴輸出的高壓氣流一定要是高度壓縮了的潔凈干燥的氣體，否則會(huì)對(duì)望遠(yuǎn)鏡表面產(chǎn)生二次污染，由潔凈干燥裝置產(chǎn)生的干潔空氣作為環(huán)形離子風(fēng)嘴的電離氣體。所述潔凈干燥裝置包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器、冷干機(jī)；空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、初級(jí)過(guò)濾器、冷干機(jī)、多級(jí)過(guò)濾器和環(huán)形離子風(fēng)嘴之間均采用排氣管連接，用于控制氣流的流向；儲(chǔ)氣罐和環(huán)形粒子風(fēng)嘴之間連接的排氣管設(shè)有第一閥門(mén)，儲(chǔ)氣罐和過(guò)濾器之間設(shè)有第二閥門(mén)，過(guò)濾器和環(huán)形離子風(fēng)嘴之間設(shè)有第三閥門(mén)，正常情況下關(guān)閉第一閥門(mén)，氣體依次經(jīng)過(guò)各個(gè)器件，當(dāng)氣體已經(jīng)非常干潔時(shí)，直接打開(kāi)第一閥門(mén)，關(guān)閉第二閥門(mén)和第三閥門(mén)，直接將儲(chǔ)氣罐連接環(huán)形離子風(fēng)嘴。本發(fā)明原原理在望遠(yuǎn)鏡桶上方的數(shù)個(gè)對(duì)稱(chēng)方向分別安裝離子風(fēng)嘴，安裝位置如圖3所示，通過(guò)高壓發(fā)生器將經(jīng)過(guò)離子風(fēng)嘴的高壓氣流電離，產(chǎn)生大量正負(fù)離子并隨氣流沿望遠(yuǎn)鏡桶壁迅速吹向望遠(yuǎn)鏡，貼近望遠(yuǎn)鏡弧形表面，并集中在望遠(yuǎn)鏡中心，最終形成均勻、穩(wěn)定向上的氣流，如圖4所描述的離子風(fēng)氣流方向。在此過(guò)程中中和了望遠(yuǎn)鏡上所積累的靜電電荷，同時(shí)向上的高速離子氣流將靜電吸引的塵粒吹出，并阻止其再次吸引塵埃粒子，離子風(fēng)嘴輸出的高壓氣流一定要是高度壓縮了的潔凈干燥的氣體，否則會(huì)對(duì)望遠(yuǎn)鏡表面產(chǎn)生二次污染，由空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣，然后已輸出的高度壓縮氣體需要進(jìn)行平穩(wěn)、 過(guò)濾和干燥處理，依次經(jīng)過(guò)儲(chǔ)氣罐、初級(jí)過(guò)濾器、冷干機(jī)、多級(jí)過(guò)濾器，最后輸出的干潔空氣便可作為離子風(fēng)嘴的電離氣體。采用空氣壓縮機(jī)具有含油量較小、滲漏量小的特點(diǎn)，為了適用于車(chē)載激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)還需要選用具有振動(dòng)小、受車(chē)載平臺(tái)的影響小的的空氣壓縮機(jī)；為了防止秋冬季節(jié)戶外工作霜凍對(duì)系統(tǒng)的影響，可根據(jù)需要設(shè)置冷干機(jī)的出氣溫度。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明去除了傳統(tǒng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)防護(hù)鏡片，可以使望遠(yuǎn)鏡直接暴露在空氣中工作，提高望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)效率，而且可以抵抗微弱的振動(dòng)，提高光學(xué)激光雷達(dá)在特殊氣候條件下的適應(yīng)能力。(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)將望遠(yuǎn)鏡直接暴露于大氣中，消除了光學(xué)防護(hù)鏡片對(duì)光波的影響，從而提高了望遠(yuǎn)鏡的接收效率。(3)本發(fā)明利用靜電除塵原理，無(wú)需直接與望遠(yuǎn)鏡接觸，避免對(duì)望遠(yuǎn)鏡造成損傷。(4)本發(fā)明設(shè)定了離子風(fēng)的溫度，避免因溫度變化而對(duì)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)性能造成影響， 以及防止望遠(yuǎn)鏡表面霜露的凝結(jié)。(5)本發(fā)明所采用的器件均安裝簡(jiǎn)易、操作方便，節(jié)約了制造成本，且具有抗震性好、運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，可用于地基、車(chē)載、機(jī)載的激光雷達(dá)系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖3為本發(fā)明的環(huán)形離子風(fēng)嘴正視圖和俯視圖；圖4為本發(fā)明的氣流方向示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括望遠(yuǎn)鏡13、環(huán)形離子風(fēng)嘴9、高壓發(fā)生器10和潔凈干燥裝置。在望遠(yuǎn)鏡13的桶上方的數(shù)個(gè)對(duì)稱(chēng)方向分別安裝環(huán)形離子風(fēng)嘴9，高壓發(fā)生器10與環(huán)形離子風(fēng)嘴9連接，通過(guò)高壓發(fā)生器10將經(jīng)過(guò)環(huán)形離子風(fēng)嘴9的高壓氣流電離，產(chǎn)生大量正負(fù)離子并隨氣流沿望遠(yuǎn)鏡的桶壁迅速吹向望遠(yuǎn)鏡13，貼近望遠(yuǎn)鏡13弧形表面，并集中在望遠(yuǎn)鏡13中心，最終形成均勻、穩(wěn)定向上的氣流。潔凈干燥裝置產(chǎn)生的干潔空氣作為環(huán)形離子風(fēng)嘴的電離氣體。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的潔凈干燥裝置包括第一空氣壓縮機(jī)1、第二空氣壓縮機(jī)2、儲(chǔ)氣罐3、初級(jí)過(guò)濾器5、冷水機(jī)6、第二過(guò)濾器7、第三過(guò)濾器8 ；排氣管依次連接第一空氣壓縮機(jī)1、第二空氣壓縮機(jī)2、儲(chǔ)氣罐3、初級(jí)過(guò)濾器5、冷水機(jī)6、第二過(guò)濾器7、第三過(guò)濾器8、環(huán)形離子風(fēng)嘴9，用于在特殊情況下來(lái)控制氣流的流向。儲(chǔ)氣罐3和環(huán)形粒子風(fēng)嘴 9之間連接的排氣管設(shè)有第一閥門(mén)4，儲(chǔ)氣罐3和初級(jí)過(guò)濾器5之間設(shè)有第二閥門(mén)11，第三級(jí)過(guò)濾器8和環(huán)形離子風(fēng)嘴之間設(shè)有第三閥門(mén)12，正常情況下關(guān)閉第一閥門(mén)4，氣體依次經(jīng)過(guò)上述各個(gè)器件，當(dāng)氣體已經(jīng)非常干潔時(shí)，直接打開(kāi)第一閥門(mén)4，關(guān)閉第二閥門(mén)11和第三閥門(mén)12，直接將儲(chǔ)氣罐3連接環(huán)形離子風(fēng)嘴9，環(huán)形離子風(fēng)嘴9置于望遠(yuǎn)鏡桶口之上，其連接方式如圖3所示，可以根據(jù)需要的壓縮空氣的程度來(lái)設(shè)定空氣壓縮機(jī)的類(lèi)型和數(shù)量，可以根據(jù)空氣質(zhì)量來(lái)設(shè)定過(guò)濾器的級(jí)數(shù)和個(gè)數(shù)(本實(shí)施例采用三級(jí))，可以根據(jù)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)周邊環(huán)境設(shè)定冷干機(jī)出氣溫度，也可根據(jù)望遠(yuǎn)鏡大小和環(huán)形離子風(fēng)嘴9的電離強(qiáng)度來(lái)確定環(huán)形離子風(fēng)嘴的個(gè)數(shù)(圖中為10個(gè))，至此整個(gè)直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)建立。
權(quán)利要求
1.一種直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征在于包括望遠(yuǎn)鏡、環(huán)形離子風(fēng)嘴、高壓發(fā)生器和潔凈干燥裝置；在望遠(yuǎn)鏡的桶上方的數(shù)個(gè)對(duì)稱(chēng)方向分別安裝環(huán)形離子風(fēng)嘴，高壓發(fā)生器與環(huán)形離子風(fēng)嘴連接，通過(guò)高壓發(fā)生器將經(jīng)過(guò)環(huán)形離子風(fēng)嘴的高壓氣流電離，產(chǎn)生大量正負(fù)離子并隨氣流沿望遠(yuǎn)鏡的桶壁迅速吹向望遠(yuǎn)鏡，貼近望遠(yuǎn)鏡弧形表面，并集中在望遠(yuǎn)鏡中心，最終形成均勻、穩(wěn)定向上的氣流；所述潔凈干燥裝置產(chǎn)生的干潔空氣作為環(huán)形離子風(fēng)嘴的電離氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征在于所述潔凈干燥裝置包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器、冷干機(jī)；空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、初級(jí)過(guò)濾器、冷水機(jī)、多級(jí)過(guò)濾器和環(huán)形離子風(fēng)嘴之間均采用排氣管連接，用于控制氣流的流向；儲(chǔ)氣罐和環(huán)形粒子風(fēng)嘴之間連接的排氣管設(shè)有第一閥門(mén)，儲(chǔ)氣罐和過(guò)濾器之間設(shè)有第二閥門(mén)，過(guò)濾器和環(huán)形離子風(fēng)嘴之間設(shè)有第三閥門(mén)，正常情況下關(guān)閉第一閥門(mén)，氣體依次經(jīng)過(guò)各個(gè)器件，當(dāng)氣體已經(jīng)非常干潔時(shí)，直接打開(kāi)第一閥門(mén)，關(guān)閉第二閥門(mén)和第三閥門(mén)，直接將儲(chǔ)氣罐連接環(huán)形離子風(fēng)嘴。
全文摘要
一種直接接觸大氣的防塵防霜光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)鏡、環(huán)形離子風(fēng)嘴、高壓發(fā)生器和潔凈干燥裝置；在望遠(yuǎn)鏡的桶上方的數(shù)個(gè)對(duì)稱(chēng)方向分別安裝環(huán)形離子風(fēng)嘴，高壓發(fā)生器與環(huán)形離子風(fēng)嘴連接，通過(guò)高壓發(fā)生器將經(jīng)過(guò)環(huán)形離子風(fēng)嘴的高壓氣流電離，產(chǎn)生大量正負(fù)離子并隨氣流沿望遠(yuǎn)鏡的桶壁迅速吹向望遠(yuǎn)鏡，貼近望遠(yuǎn)鏡弧形表面，并集中在望遠(yuǎn)鏡中心，最終形成均勻、穩(wěn)定向上的氣流；潔凈干燥裝置產(chǎn)生的干潔空氣作為環(huán)形離子風(fēng)嘴的電離氣體。本發(fā)明可以使望遠(yuǎn)鏡直接暴露在空氣中工作，提高望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)效率，而且可以抵抗微弱的振動(dòng)，提高光學(xué)激光雷達(dá)在特殊氣候條件下的適應(yīng)能力。
文檔編號(hào)G01S7/481GK102269865SQ20111020130
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者夏海云, 孫東松, 王晶晶, 竇賢康, 胡冬冬, 舒志峰, 薛向輝, 陳廷娣 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)