[发明专利]一种煤矿用激光测风雷达系统及测风方法

权利要求书

1.一种煤矿用激光测风雷达系统，其特征在于，包括工控机、数据处理模块、激光收发模块和光学天线传感器模块；所述数据处理模块包括预处理组件、A/D数采模块和光电探测器；所述激光收发模块包括激光器、隔离器、环形器、衰减器和耦合器；所述光学天线传感器模块包括可变焦光学镜头、偏转棱镜、旋转机构和旋转角位移传感器；所述工控机的控制端一连接激光器，控制端二连接偏转棱镜，数据接收端一连接依次经预处理组件、A/D数采模块和光电探测器连接耦合器，数据接收端二连接旋转角位移传感器；所述激光器经隔离器一方面连接环形器，另一方面经衰减器连接耦合器；所述激光收发模块的耦合器和环形器经光缆与可变焦光学镜头连接；所述旋转角位移传感器用于检测偏转棱镜的旋转角度；所述偏转棱镜设置在可变焦光学镜头前端；所述旋转机构用于在工控机的控制下旋转偏转棱镜，使所述可变焦光学镜头的出射光束经偏转棱镜偏转后形成的聚焦点通过旋转形成一个圆形区域。

2.根据权利要求1所述的煤矿用激光测风雷达系统，其特征在于，所述偏转棱镜的偏转角度为10～30°。

3.根据权利要求2所述的煤矿用激光测风雷达系统，其特征在于，所述偏转棱镜为楔形棱镜。

4.根据权利要求1所述的煤矿用激光测风雷达系统，其特征在于，所述聚焦点与偏转棱镜的水平距离为1m～100m。

5.根据权利要求1所述的煤矿用激光测风雷达系统，其特征在于，还包括供电系统，所述供电系统用于为工控机、数据处理模块、激光收发模块和光学天线传感器模块供电。

6.一种基于所述权利要求1-5任一项所述的煤矿用激光测风雷达系统的测风方法，其特征在于，所述测风方法包括如下步骤：

S1，工控机控制激光器产生激光信号，该激光信号经隔离器进行光信号隔离后分为一束本振光和一束出射光；所述本振光经衰减器衰减后输入耦合器；所述出射光经环形器和光缆输入可变焦光学镜头，再由可变焦光学镜头将接收的激光信号发出，并经偏转棱镜偏转后聚焦到断面层的测量点；

S2，在测量点的激光信号与大气气溶胶发生米散射和多普勒效应后产生后向散射光，该后向散射光经原光路，即偏转棱镜、可变焦光学镜头、光缆和环形器后作为回波光输入到耦合器；在耦合器中将本振光和回波光进行混频后，使本振光和回波光产生相位差，并将具有相位差的本振光和回波光输出至光电探测器；

S3，光电探测器将具有相位差的本振光和回波光转换为光电流信号；A/D数采模块对光电流信号进行模数转换后得到数字信号；数字信号经过预处理组件处理得到包含多普勒频移信息的中频信号，并将该中频信号输出至工控机；

S4，工控机从中频信号中提取出多普勒频移信息，并根据多普勒频移信息进行风速解算得到该测量点的径向风速；

S5，调节可变焦光学镜头的焦距，使可变焦光学镜头发出的激光信号经偏转棱镜偏转后聚焦到新断面层上的测量点，对新断面层上的测量点执行步骤S2～S4得到该新断面层上的测量点的径向风速；

S6，重复执行步骤S5得到不同断面层上对应测量点的径向风速；

S7，通过三角函数分解不同断面层上对应测量点的径向风速得到对应的水平风速信息和垂直风速信息，并通过水平风速信息和垂直风速信息计算不同断面层上对应测量点的风量信息，再通过不同断面层上对应测量点的风量信息得到不同断面层上的风量变量信息。