本發(fā)明涉及激光工程應(yīng)用領(lǐng)域，具體是一種便攜式米散射激光雷達裝置。

背景技術(shù)：

激光工程應(yīng)用中通常使用1.064μm作為工作波長，因此人們對1.064μm激光的大氣透過率特性十分關(guān)注。為了滿足激光工程的應(yīng)用需求及對1.064μm激光大氣傳輸特性進行研究，人們研制了1.064μm米散射激光雷達系統(tǒng)。它根據(jù)米散射原理，通過定量分析大氣氣溶膠(飄塵、顆粒物、煙塵和沙塵)對1.064μm激光產(chǎn)生的后向散射回波，來探測1.064μm的大氣水平能見度和垂直消光系數(shù)廓線。

1.064μm米散射激光雷達系統(tǒng)通常由激光發(fā)射單元、回波信號接收單元、信號采集與自動控制單元組成。隨著半導(dǎo)體激光器技術(shù)的進步及光電探測器等分立器件的發(fā)展，米散射激光雷達已進入實用化和商品化階段。但是，從實際應(yīng)用反饋的信息來看，目前，常規(guī)的1.064μm米散射激光雷達系統(tǒng)主要存在以下幾個方面的不足：激光發(fā)射與回波信號接收為非同軸結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)容易受到震動等因素的影響從而造成光路漂移，影響測量數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性；激光發(fā)射單元、回波信號接收單元和信號采集與自動控制單元分離，由此帶來系統(tǒng)體積、重量偏大，單人攜帶不方便，機動能力差的問題；系統(tǒng)成本造價偏高、抗環(huán)境變化能力差；結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜、安裝調(diào)試較麻煩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式米散射激光雷達裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種便攜式米散射激光雷達裝置，包括箱體，所述箱體內(nèi)部設(shè)有激光發(fā)射單元、回波信號接收單元、信號采集與自動控制單元、非球面鏡、輔助電路，所述激光發(fā)射單元包括激光器、安裝在激光器的出光口處的擴束器和非球面鏡，所述輔助電路與激光器連接，所述擴束器出光口處傾斜設(shè)置有平面反射鏡一，以及與平面反射鏡一平行的平面反射鏡二，所述輔助電路與激光器連接；所述回波信號接收單元包括平面反射鏡三、平面反射鏡四、遮光罩、微孔光闌，所述平面反射鏡三和所述非球面鏡依次設(shè)置在所述平面反射鏡二的反射光線的反射方向上，所述非球面鏡鑲嵌在箱體側(cè)壁上，且與箱體外界接觸，所述平面反射鏡三為中心開孔的平面反射鏡，所述平面反射鏡三與非球面鏡之間設(shè)有遮光罩，所述遮光罩為圓臺形，所述遮光罩的大端口靠近非球鏡面且對準非球面鏡的中心而設(shè)置，所述遮光罩的小端口靠近平面反射鏡三且對準平面反射鏡三的中心開孔而設(shè)置，所述平面反射鏡四平行于平面反射鏡三而設(shè)置，所述微孔光闌設(shè)置在回波信號接收光路焦點位置處，所述微孔光闌后還依次裝配有聚焦透鏡、窄帶濾光片、聚焦透鏡；所述信號采集與自動控制單元包括光電管、光電探測器、微型工控機以及安插在微型工控機擴展槽上的光子計數(shù)器，所述光電管與輔助電路連接，輔助電路與光子計數(shù)器的接口一相接，所述光電探測器與光子計數(shù)器的接口二相接。

進一步的，所述箱體外側(cè)還設(shè)有支撐箱體的支撐架，所述支撐架和箱體之間設(shè)有旋鈕。

進一步的，所述激光發(fā)射單元與回波信號接收單元共用一個非球面鏡，所述激光發(fā)射單元和信號采集與自動控制單元共用輔助電路。

進一步的，所述激光器為1.064μm輕小型半導(dǎo)體泵浦N_d:YAG激光器。

進一步的，所述非球面鏡的直徑為80mm。

進一步的，所述光電探測器通過同軸電纜接口與光子計數(shù)器的接口二相接。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所提供的便攜式米散射激光雷達裝置，其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、性價比高、自動化程度高、維修簡單、可晝夜連續(xù)運行、便于單人攜帶和移動，關(guān)鍵器件的全固化結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)確保了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和探測數(shù)據(jù)的可靠性等，通過回波信號接收光路上遮光罩的設(shè)計，可以極大程度的屏蔽箱體內(nèi)部雜散光背景對有效探測信號的干擾，提高了本裝置的探測信噪比。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、接口一，2、接口二，3、輔助電路，4、激光器，5、擴束器，6、平面反射鏡一，7、光電管，8、平面反射鏡二，9、平面反射鏡三，10、非球面鏡，11、平面反射鏡四，12、微孔光闌，13、聚焦透鏡，14、窄帶濾光片，15、聚焦透鏡，16、光電探測器，17、光子計數(shù)器，18、微型工控機，19、箱體，20、遮光罩，21、旋鈕，22、支撐架。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

如圖1～2所示，本發(fā)明提供的便攜式米散射激光雷達裝置，包括箱體19，其特征在于，所述箱體19內(nèi)部設(shè)有激光發(fā)射單元、回波信號接收單元、信號采集與自動控制單元、非球面鏡10、輔助電路3，所述激光發(fā)射單元包括激光器4、安裝在激光器4的出光口處的擴束器5和非球面鏡10，所述擴束器5出光口處傾斜設(shè)置有平面反射鏡一6，以及與平面反射鏡一6平行的平面反射鏡二8，所述輔助電路3與激光器4連接；所述回波信號接收單元包括平面反射鏡三9、平面反射鏡四11、遮光罩20、微孔光闌12，所述平面反射鏡三9和所述非球面鏡10依次設(shè)置在所述平面反射鏡二8的反射光線的反射方向上，所述非球面鏡10鑲嵌在箱體19側(cè)壁上，且與箱體19外界接觸，所述平面反射鏡三9為中心開孔的平面反射鏡，所述平面反射鏡三9與非球面鏡10之間設(shè)有遮光罩20，所述遮光罩20為圓臺形，所述遮光罩20的大端口靠近非球鏡10面且對準非球面鏡10的中心而設(shè)置，所述遮光罩20的小端口靠近平面反射鏡三9且對準平面反射鏡三9的中心開孔而設(shè)置，通過遮光罩20的設(shè)計，可以極大程度的屏蔽箱體19內(nèi)部雜散光背景對有效探測信號的干擾，提高便攜式米散射激光雷達裝置的探測信噪比；所述平面反射鏡四11平行于平面反射鏡三9而設(shè)置，所述微孔光闌12設(shè)置在回波信號接收光路焦點位置處，所述微孔光闌12后還依次裝配有聚焦透鏡13、窄帶濾光片14、聚焦透鏡15；所述信號采集與自動控制單元包括光電管7、光電探測器16、微型工控機18以及安插在微型工控機18擴展槽上的光子計數(shù)器17，所述光電管7與輔助電路3連接，輔助電路3與光子計數(shù)器17的接口一1相接，所述光電探測器16與光子計數(shù)器17的接口二2相接。

如圖2所示，所述箱體外側(cè)還設(shè)有支撐箱體19的支撐架22，所述支撐架22和箱體19之間設(shè)有旋鈕21，支撐架22可用于裝置的移動和支撐，通過旋鈕21可對測量角度的進行調(diào)整。

所述激光發(fā)射單元與回波信號接收單元共用一個非球面鏡10，所述激光發(fā)射單元和信號采集與自動控制單元共用輔助電路3。

所述激光器4為1.064μm輕小型半導(dǎo)體泵浦N_d:YAG激光器4。

所述非球面鏡10的直徑為80mm。

所述光電探測器16通過同軸電纜接口與光子計數(shù)器17的接口二2相接。

工作原理：

激光器在輔助電路3的驅(qū)動下，輸出波長為1.064μm的脈沖激光光束，激光光束經(jīng)擴束器5進行一級擴束，經(jīng)平面反射鏡一6和平面反射鏡二8反射、然后經(jīng)非球面鏡10進行二級擴束后進入大氣。激光在大氣傳輸?shù)倪^程中，大氣氣溶膠會對其產(chǎn)生散射、吸收、消光等物理效應(yīng)，其中的后向散射回波光子信號被非球面鏡10接收，經(jīng)過平面反射鏡三9、平面反射鏡四11、微孔光闌12、聚焦透鏡13、濾光片14和聚焦透鏡15，傳遞到光電探測器16的探測端面。光電探測器16將光子信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，輸出至光子計數(shù)器17的端口2；透過平面反射鏡一6的部分雜散光經(jīng)光電管7進行光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)輔助電路3整形，輸出至光子計數(shù)器17的端口1；光子計數(shù)器17按照光子信號從空間返回的時序做對位記數(shù)和累加處理，其結(jié)果存儲到光子計數(shù)器17的數(shù)據(jù)存儲單元；最后存儲到微型工控機18。依據(jù)米散射激光雷達方程，反演得出大氣氣溶膠消光分布廓線，利用微分零交叉法求出云底高度；得到消光分布廓線后，可依據(jù)能見度計算公式求解能見度。

以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定,任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。