[实用新型]一种扫描式高集成度CO2廓线探测激光雷达系统装置

说明书

本实用新型公开了一种扫描式高集成度CO2廓线探测激光雷达系统装置，包括安装在方位旋转单元上的俯仰旋转单元，所述俯仰旋转单元上安装有探测模块，所述探测模块安装有光学接收单元、激光发射单元，所述激光发射单元包括on激光器9和off激光器，所述on激光器通过耦合器与光开关连接，所述光开关通过第四光纤、第五光纤分别与off激光器和光纤放大器连接，所述光纤放大器通过第六光纤与激光输出模块连接；所述光学接收单元包括接收器，所述接收器与红外探测器17相耦合。本实用新型装置结构紧凑、一体化、精度高，还可以俯仰和方位扫描探测，装置可扫描、探测范围广。

技术领域

本实用新型涉及大气探测激光雷达技术领域，特别涉及一种扫描式高集成度CO₂廓线探测激光雷达系统装置。

背景技术

激光雷达因具有测量范围广、时空分辨率高、实时性强等特点，成为二氧化碳气体廓线测量的极为有效和重要的手段之一。相比于H₂O探测来说，CO₂的散射截面小，在大气中的含量较小，具有一定的探测难度。国际上，应用于大气CO₂探测的激光雷达主要利用差分吸收雷达技术和Raman散射激光雷达技术。其中，Raman散射雷达具有激光波长无严格选择、系统结构相对简单的优点，但探测灵敏度较低。而差分吸收原理则依赖待测气体的吸收光谱，要求选择特定的激光波长、发射系统较复杂，但是灵敏度相对较高。因此差分吸收激光雷达技术已经成为CO₂、CH₄等温室气体检测技术发展的主流方向。

大气CO2差分吸收激光雷达技术具有高精度、高连续性和多维测量、且抗干扰强等特点。因此，大气CO2探测激光雷达系统作为温室气体监测的主要手段广泛运用在大气污染气体浓度测量、天气预报和减污降碳等方面，因而具有重要研究价值。

公布号为CN104035102A的中国发明专利申请公开了一种探测大气二氧化碳的激光雷达系统及方法,激光雷达系统的ON波长激光器不采用常规的主动稳频技术，而是采用被动稳频加频率调制技术，ON激光的回波信号在极短的时间内变化反映的是由于频率调制带来的回波强度变化，其提取一个周期的最小值来反映该时刻二氧化碳吸收峰处波长的回波信号，回波信号与发射能量监视光电探测器得到的信号进行归一化处理，即可得到准确的ON、OFF波长回波信号强度，通过差分吸收激光雷达方程即可反演出大气二氧化碳浓度。使用该方法可以提高系统的测量精度，并简化系统的复杂度。但是该大气CO₂差分吸收激光雷达实际使用过程中存在体积大、成本高以及精度有待提高的问题亟待解决。

发明内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种扫描式高集成度CO2廓线探测激光雷达系统装置。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种扫描式高集成度CO₂廓线探测激光雷达系统装置，包括安装在方位旋转单元上的俯仰旋转单元，所述俯仰旋转单元上安装有探测模块，所述探测模块安装有光学接收单元、激光发射单元，所述激光发射单元包括on激光器和off激光器，所述on激光器通过耦合器与光开关连接，所述光开关通过第四光纤、第五光纤分别与off激光器和光纤放大器连接，所述光纤放大器通过第六光纤与激光输出模块连接；所述光学接收单元包括接收器，所述接收器与红外探测器相耦合。

所述光纤放大器上还安装有数据采集控制及处理显示单元，所述数据采集控制及处理显示单元分别与光学接收单元、激光发射单元电连接。

所述接收器为安装有准直结构的望远镜，望远镜接收回波，经过准直后耦合进入红外探测器。

所述数据采集控制及处理显示单元包括与红外探测器电连接的高速数据采集卡，所述高速数据采集卡与主控计算机电连接。

所述探测模块包括安装在俯仰旋转单元上的壳体，所述壳体上设有与激光发射单元匹配的激光发射窗口，以及与光学接收单元匹配的接收窗口。