[发明专利]户外型全天候全天时大气气溶胶颗粒物激光雷达装置

说明书

技术领域

本发明属于气象环境监测技术领域，特别是涉及一种户外型全天候全天时大气气溶胶颗粒物激光雷达装置。

背景技术

近年来，全球能量消耗逐年增加，大气污染形势严峻，激光雷达被广泛应用于探测大气气溶胶、能见度、边界层、臭氧等参数，以激光为光源发射到大气中，与大气发生散射和吸收作用，其中后向散射信号被激光雷达望远镜接收，经过光电探测器转换成电信号，通过数据采集、算法反演得到大气分子、气溶胶粒子的信息。

激光雷达可以获得大气分子、气溶胶粒子的信息，是气象、环保行业中不可缺少的监测设备，应用前景越来越广泛。但目前的激光雷达设备有以下不足之处：白天探测信噪比不足，大都放置于站房中应用，需要花费额外的资金建设站房，对监测地点的选取造成了限制；缺乏有效的防雷设计，设备在户外运行时安全性、可靠性差；光电探测模块的输入高压不可调节，实际运行时会出现信号过弱和信号饱和的现象；天窗的清理工作需要大量人工来完成，维护成本高。

因此，如何解决上述技术问题成为了该领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的就是提供一种户外型全天候全天时大气气溶胶颗粒物激光雷达装置，采用高重频、高能量激光发射器，在高频率与高功率运转下仍然能够获得优秀的光束质量和较窄的激光脉冲宽度，在单位时间内可以获得更多质量优良的回波信号，极大提高了白天探测信号的信噪比，实现昼夜全天时监测，一体化方舱设计保证在户外安全可靠的运行，无需单独建站房，体积小巧，适合大范围雷达布网监测；在遇到大气环境变化剧烈时，按预设档位自动调节光电探测模块高压值，得到最佳信噪比的探测信号，同时根据高压调节档位，修正反演参数，保证反演的数据更准确；天窗的清扫工作由智能控制单元控制下自动完成，维护工作量降低，同时也提高了信号的质量，大大提高了激光雷达产品的无人值守能力。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种户外型全天候全天时大气气溶胶颗粒物激光雷达装置，包括一体化方舱、激光器、智能控制单元、光学单元、信号采集与分析单元、电动雨刮器、吹扫装置和雨滴传感器，所述一体化方舱上设有天窗，激光器、智能控制单元和信号采集与分析单元设于一体化方舱内部，且光学单元和激光器对应天窗设置，电动雨刮器安装在天窗外侧，吹扫装置对应天窗安装在一体化方舱外壁，雨滴传感器安装在一体化方舱外壁，所述激光器、信号采集与分析单元、电动雨刮器和吹扫装置由智能控制单元控制。

作为一种优选的技术方案，所述激光器为高重频、高能量激光发射器。

作为一种优选的技术方案，所述一体化方舱内安装有方舱空调、散热风扇和温度传感器，温度传感器接入智能控制单元内，实时监视设备内部温度情况。

作为一种优选的技术方案，所述一体化方舱具有方舱门，方舱门的门开关与智能控制单元连接。

作为一种优选的技术方案，还包括UPS电源，所述方舱空调、吹扫装置和UPS电源通过接线端子排连接外部电源，在接线端子排的输入端连接三相电源防雷器，UPS电源后端并联PDU机柜插座、单相电源防雷器。

作为一种优选的技术方案，所述智能控制单元包括MCU、AD信号采集模块、DA输出模块、电位器、高压电源模块和LCD显示屏，MCU与LCD显示屏连接，在MCU和高压电源模块之间连接AD信号采集模块和DA输出模块，电位器连接DA输出模块。

作为一种优选的技术方案，所述信号采集与分析单元包括光电探测模块、采集卡、工控机和显示器，采集卡和显示器连接工控机，工控机与智能控制单元之间采用232通信，并与智能控制单元一起控制激光器、信号采集与分析单元、电动雨刮器和吹扫装置，光电探测模块连接采集卡，光电探测模块用于将接收到的激光信号转换成电信号，光电探测模块与高压电源模块连接。

作为一种优选的技术方案，所述光学单元由光学发射单元和光学接收单元两部分构成，光学发射单元包括扩束器、光束引导反射器和导光筒，光学接收单元包括卡塞格林型望远镜以及由小孔光阑、目镜、偏振棱镜、反射镜、汇聚透镜、滤光片组成的后继光学单元。

作为一种优选的技术方案，所述的吹扫装置由天窗加热器、吹扫风机组成，天窗加热器和吹扫风机通过继电器连接智能控制单元的输出端。

作为一种优选的技术方案，还包括雨滴传感器和用于实时获取天气气象数据的无线路由器，所述雨滴传感器与智能控制单元连接，无线路由器与工控机连接。