圖對本實用新型實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本實用新型機載對流層⑶2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)有了清楚的認(rèn)識。
[0057]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如:
[0058](I)圖中的電流控制器和溫度控制器還可以采用合二為一的形式；
[0059](2)隨著激光技術(shù)的發(fā)展，DFB激光器和光纖放大器結(jié)合的方式未來也可以用大功率窄線寬可調(diào)諧激光器來代替；
[0060](3)圖中的聚焦透鏡可以采用單透鏡、雙膠合透鏡、菲涅爾透鏡等多種形式。
[0061]綜上所述，本實用新型不需要光譜儀等精密測量設(shè)備，與其他光學(xué)方法相比在減少系統(tǒng)體積和成本的同時又能夠快速獲取CO2柱濃度的區(qū)域分布信息，可應(yīng)用于大氣0)2濃度區(qū)域分布探測及污染源排放監(jiān)督性監(jiān)測研究，具有較強的實用性或較好的推廣應(yīng)用前景。
[0062]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，采用飛行器承載而進(jìn)行對流層大氣CO2柱濃度激光主動遙測，包括: 信號發(fā)生器，其輸出鋸齒波信號和同步觸發(fā)信號； 激光源模塊，其后端連接至所述信號發(fā)生器，其提供一束激光，該激光由所述鋸齒波信號進(jìn)行調(diào)諧，其波長能夠掃描CO2氣體吸收躍迀譜線； 光纖分束器，位于所述激光源模塊的光路后端，其將由所述激光源模塊提供的激光分束為四路，其中的第一路返回至激光源模塊以調(diào)節(jié)激光的中心波長； 激光收發(fā)單元，位于所述光纖分束器在第二方向的光路后端，其將由光纖分束器分束獲取的第二路激光對地面發(fā)射，其獲取相應(yīng)與該第二路激光的回波信號，該回波信號包含激光收發(fā)單元與地面之間空氣中CO2氣體對激光的吸收光譜信息； 時頻轉(zhuǎn)換模塊，位于所述光纖分束器在第三方向的光路后端，其將由光纖分束器分束獲取的第三路激光進(jìn)行時頻轉(zhuǎn)換，得到干涉信號； 功率監(jiān)測模塊，位于所述光纖分束器在第四個方向的光路后端，其監(jiān)測由光纖分束器分束獲取的第四路激光的強度變化，獲取光強參考信號，該光強參考信號作為無CO2吸收的參考信號； 數(shù)據(jù)采集模塊，連接至所述信號發(fā)生器、激光收發(fā)單元、時頻轉(zhuǎn)換模塊和功率監(jiān)測模塊，其在所述信號發(fā)生器發(fā)出的同步觸發(fā)信號的觸發(fā)下收集:由激光收發(fā)單元獲取的回波信號；由時頻轉(zhuǎn)換模塊獲取的干涉信號；由功率監(jiān)測模塊獲取的光強參考信號； GPS定位模塊，連接至所述信號發(fā)生器，其在所述信號發(fā)生器發(fā)出的同步觸發(fā)信號的觸發(fā)下獲取飛行器的實時位置信息；以及 上位機，連接至所述數(shù)據(jù)采集模塊和GPS定位模塊，其結(jié)合所述回波信號、干涉信號、光強參考信號進(jìn)行反演計算，得到對流層大氣CO2柱濃度信息，結(jié)合實時位置信息，獲取對流層大氣C02柱濃度的區(qū)域分布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)生器、激光源模塊、光纖分束器、時頻轉(zhuǎn)換模塊、功率監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和GPS定位模塊被集成至系統(tǒng)主機中，外側(cè)設(shè)置防震機箱； 所述激光收發(fā)單元獨立于系統(tǒng)主機和上位機設(shè)置，并通過光纖接口與系統(tǒng)主機光路連通，通過BNC接口與系統(tǒng)主機進(jìn)行通信；上位機分別與系統(tǒng)主機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集模塊和GPS定位模塊進(jìn)行通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光源模塊包括:電流控制器、DFB激光器和光纖放大器，其中: 所述電流控制器，其后端連接至所述信號發(fā)生器，其前端連接至所述DFB激光器，其中，該電流控制器利用所述信號發(fā)生器輸出的鋸齒波信號作為其調(diào)制信號，將DFB激光器的波長調(diào)諧到能夠掃描CO2氣體吸收躍迀譜線的位置； 所述DFB激光器，其利用該電流控制器輸出的電流產(chǎn)生種子激光； 所述光纖放大器，其后端通過光纖連接至所述DFB激光器，其前端通過光纖連接至所述光纖分束器，該光纖放大器將所述DFB激光器產(chǎn)生的所述種子激光放大至預(yù)設(shè)功率，并將該激光輸出至所述光纖分束器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光源模塊還包括:鎖頻模塊、溫度控制器，其中: 所述鎖頻模塊，位于所述光纖分束器在第一方向的光路后端，其檢測由光纖分束器分束獲取的第一路激光的中心波長； 所述溫度控制器，其后端連接至所述鎖頻模塊，其前端連接至所述DFB激光器，該溫度控制器通過調(diào)節(jié)所述DFB激光器的溫度而使其輸出激光的中心波長穩(wěn)定在CO2氣體的吸收譜線的中心位置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光源模塊中，所述溫度控制器和電流控制器分立設(shè)置或一體化設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光源模塊輸出激光的波長介于15 7 2nm?15 7 3nm之間；其功率大于5W。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光收發(fā)單元包括:鏡筒(35)光纖接口(34)、聚焦透鏡(24)、光纖準(zhǔn)直器(25)、光電探測器(28)、BNC接口(33); 其中，光纖準(zhǔn)直器(25)通過光纖接口(34)將來自激光源模塊的激光準(zhǔn)直后對地發(fā)射；聚焦透鏡(24)接收地面漫反射回來的激光并聚焦到光電探測器(28)上;光電探測器(28)將探測到的激光回波信號轉(zhuǎn)成電信號，通過BNC接口(33)上傳給數(shù)據(jù)采集模塊(10); 所述聚焦透鏡(24)、光纖準(zhǔn)直器(25)、光電探測器(28)均被設(shè)置于鏡筒(35)內(nèi)，所述光纖接口(34)和BNC接口(33)設(shè)置于所述鏡筒(35)的殼壁上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光收發(fā)單元還包括:溫度傳感器(30)、濕度傳感器(31)，其中: 溫度傳感器(30)和濕度傳感器(31)設(shè)置于鏡筒內(nèi)，兩者將探測到的溫度和濕度信號通過BNC接口( 33)上傳給數(shù)據(jù)采集模塊。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光收發(fā)單元還包括:防護玻璃(23)和窄帶濾光片(27)，其中: 鏡筒(35)內(nèi)壁做發(fā)黑處理，以減少雜光干擾； 防護玻璃(23)保護聚焦透鏡(24); 窄帶濾光片(27)緊貼所述光電探測器(28)安裝，其濾除太陽反射光的干擾。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)，其特征在于，所述時頻轉(zhuǎn)換模塊包括:干涉計和探測器； 該時頻轉(zhuǎn)換模塊中，所述干涉計的后端通過光纖連接至所述光纖分束器，所述探測器通過光纖連接至所述干涉計的前端； 其中，由干涉計將所述第三路激光的鋸齒波光信號轉(zhuǎn)換為強弱分布的干涉光信號，由探測器將該干涉光信號轉(zhuǎn)換為電信號，即所述干涉信號。
【專利摘要】本實用新型提供了一種機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)。該機載對流層CO2垂直柱濃度激光主動遙測系統(tǒng)采用機載系統(tǒng)，探測范圍廣，并且采用的是主動探測方法，不受太陽光的影響，可以實現(xiàn)全天時觀測，大大提升了系統(tǒng)的適用范圍，此外，其采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)，利用分布反饋式(DFB)激光器的窄線寬和波長可調(diào)諧等特性，實現(xiàn)CO2氣體分子的單根吸收譜線“指紋區(qū)”的掃描和測量，具有靈敏度高、選擇性好、抗其他氣體干擾能力強等優(yōu)點，可實時在線快速遙測CO2柱濃度，具有較好的推廣應(yīng)用價值。
【IPC分類】G01N21/39
【公開號】CN205229045
【申請?zhí)枴緾N201520971588
【發(fā)明人】李傳榮, 陳玖英, 周梅, 唐伶俐, 胡堅, 孟凡榮, 張丹丹, 黎荊梅, 李偉, 吳昊昊, 張慧靜
【申請人】中國科學(xué)院光電研究院
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年11月30日