一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备制造技术

本发明专利技术公开了全光纤一体化光路的激光气象探测设备，包括底座和设备主体，设备主体包括采集控制模块、一体化光学系统、输出控制模块和水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块及两轴二维运动机构；两轴二维运动机构的水平圆周轴连接连接底座和设备主体；设备主体包括垂直的第一端、第二端和水平的第三端，第一端与第三端之间、第二端与第三端之间还分别连接倾斜的第四端和第五端。本发明专利技术实现设备一体化有机架构的内核；全光纤化激光器及激光传输光路设计，赋予设备小型化、轻量化和高可靠性；单镜筒发射接收设计，具有设备小型化、低能耗优势，可面向移动平台集成部署。可面向移动平台集成部署。可面向移动平台集成部署。

【技术实现步骤摘要】
一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备


[0001]本专利技术属于激光
，尤其涉及一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备。

技术介绍

[0002]激光气象雷达是利用激光探测大气的设备。由发射系统和接受、显示两大部分组成。发射系统的激光器产生一束具有高度单色性、相干性和方向性的光脉冲，经发射望远镜发射出去。接收系统以接收望远镜接收大气分子和气溶胶粒子的散射回波。依据探测原理的不同，可分成多种类型：普通激光气象雷达、偏振激光气象雷达、多普勒激光雷达、拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达及共振荧光激光雷达等。普通激光气象雷达可测量云底和云顶高度、卷云含水量分布、低层大气湍流和风速以及能见度等。
[0003]传统探测仪器主要采用固体激光器；传统探测仪器功能单一，一路激光只测量一种参数。现阶段风、云、能见度、气溶胶、天气现象等五大常用要素气象探测装备没有集成到一起，达不到小型化、轻量化，无法面向汽车、舰船、飞机等移动平台的应用集成部署。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术前瞻气象装备领域，基于“一体多能”向集成化、小型机动化和精确定量化的演进趋势，统筹概念层、架构层、数据层、功能层直达应用层等五个维度纵深，突出贯穿“一体化”的顶层设计，体系化协同递进：在概念层，基于全光纤激光、全封闭波导技术内核，深度实践创新机理共性、器件共用、模组共形、通道共享的集成优化理念，实现水平能见度分布、云高、气溶胶、降水天气现象以及三维风场等五大气象要素功能模组的一体化融合设计；在架构层，基于光路一体化、收发一体化，实现双激光器系统(1064nm和1550nm)共用泵浦激光源(980nm泵浦)，光谱按需模组功能匹配系列一体化架构设计；在数据层，基于多通道信号控制、接收和处理的一体化设计，实现前端要素激光感知至后端参量数据反演的一体化；在功能层，基于全激光探测机理的高性能，立足单装设备层级突破由线到面、由面到场、由场到域的系统层级功用，突出多要素、多参量和现势性的保障能力，实现水平能见度分布、云底高度及云层厚度、气溶胶状况、降水天气现象以及三维风场等“五位一体”的精准产品支撑；在应用层，在型制上覆盖小型化、轻量化、低功耗、高可靠的发展要求，在性能上覆盖集成化、智能化、体系化、精确化的发展要求，可广泛面向固定站点和车、舰、机平台开展谱系集成。
[0005]具体的，本专利技术公开的全光纤一体化光路的激光气象探测设备，包括底座和设备主体，设备主体包括采集控制模块、一体化光学系统、输出控制模块和水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块及两轴二维运动机构；
[0006]两轴二维运动机构的水平圆周轴连接连接底座和设备主体，设备主体可沿水平圆周轴旋转；设备主体包括垂直的第一端、第二端和水平的第三端，第一端与第三端之间、第
二端与第三端之间还分别连接倾斜的第四端和第五端；水平能见度模块设置在第四端，前散能见度模块设置在第五端；云高探测模块设置在第一端的顶部，天气现象测量模块设置在第二端的顶部；在第一端和第二端的中部设置两轴二维运动机构的垂直轴，三维风场测量模块有容纳垂直轴的中空，三维风场测量模块从中空处穿过垂直轴，并被垂直轴驱动；
[0007]一体化光学系统包括980nm泵浦激光器和分光器，将激光分成多路，向水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块分别传输对应波长的激光；
[0008]水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块将接收到的光信号传输至一体化光学系统，并经过探测部分实现光电转换，探测得到的电信号发送至采集控制处理系统进行相应的初步信号采集与处理，最后处理结果和设备状态信息经输出控制系统发送至终端计算机。
[0009]进一步的，所述三维风场测量模块使用1550nm种子光源，连接声光多普勒相干模块；声光多普勒相干模块将激光发送到1550nm激光放大器，所述1550nm激光放大器还接收所述一体化光学系统将980nm激光的70％，放大后送入环形器中，环形器连接功率检测模块，如果功率达到80uJ则输入单镜筒收发装置中，否则环形器将激光输入至所述声光多普勒相干模块中，重新进行放大，直到功率达到80微焦。
[0010]进一步的，云高模块使用1064nm种子激光源，所述1064nm种子激光源连接1064nm激光放大器，1064nm激光放大器还接收一体化光学系统输出980nm激光的24％，然后将激光输入到50/50分光器中，所述50/50分光器将50％的激光输入第一1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测云高；
[0011]水平能见度模块使用所述1064nm种子激光源，连接所述1064nm激光放大器，所述1064nm激光放大器还接收所述一体化光学系统输出980nm激光的24％，然后将激光输入到所述50/50分光器中，所述50/50分光器将另外50％的激光输入第二1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测水平能见度。
[0012]进一步的，所述水平能见度模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光至探测区域中，并实现激光在水平方向360度的扫描，最后接收后向散射回波信号；
[0013]所述云高模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光到设备正上空，并接收后向散射回波信号；
[0014]所述前散能见度模块的发射系统发射准直的连续980nm激光到探测区域，并通过接收系统接收45度角方向的前向散射信号；
[0015]所述天气现象测量模块的发射系统发射带状光斑的连续980nm激光到接收系统；
[0016]所述三维风场测量模块的单镜筒收发系统发射载频和脉冲调制的1550nm激光到探测区域中，并实现激光在水平方向360度的和垂直方向90度扫描，最后接收后向散射的回波信号。
[0017]进一步的，所述前散能见度模块包括前散接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束装置；所述光斑准直扩束装置接收1
×
4分光器分出的5.99％激光，处理后送入前散发射装置，前散接收装置接收前散发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块。
[0018]进一步的，所述天气现象测量模块包括天气现象接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束与整形装置；所述光斑准直扩束与整形装置接收1
×
4分光器分出的0.01％激光，处
理后送入天气现象发射装置，天气现象接收装置接收天气现象发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块。
[0019]进一步的，所述水平能见度模块、云高模块和三维风场模块均采用单镜筒发射
‑
接收结构设计，发射激光和接收的后向散射信号均经过同一光纤传输光路和空间扩束光路。
[0020]进一步的，所述两轴二维运动机构的水平圆周轴和垂直轴均采用2000线带编码伺服电机驱动；两轴二维运动机构的动力输出轴配置机械密封圈。
[0021]本专利技术的有益效果如下：
[0022]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备，其特征在于，包括底座和设备主体，设备主体包括采集控制模块、一体化光学系统、输出控制模块和水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块及两轴二维运动机构，两轴二维运动机构包括水平圆周轴和垂直轴；两轴二维运动机构的水平圆周轴连接连接底座和设备主体，设备主体可沿水平圆周轴旋转；设备主体还包括垂直的第一端、第二端和水平的第三端，第一端与第三端之间、第二端与第三端之间还分别连接倾斜的第四端和第五端；水平能见度模块设置在第四端，前散能见度模块设置在第五端；云高探测模块设置在第一端的顶部，天气现象测量模块设置在第二端的顶部；在第一端和第二端的中部设置两轴二维运动机构的垂直轴，三维风场测量模块有容纳垂直轴的中空，三维风场测量模块从中空处穿过垂直轴，并被垂直轴驱动做俯仰运动；一体化光学系统包括980nm泵浦激光器和分光器，将激光分成多路，向水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块分别传输对应波长的激光；水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块将接收到的光信号传输至一体化光学系统，并经过探测部分实现光电转换，探测得到的电信号发送至采集控制处理系统进行相应的初步信号采集与处理，最后处理结果和设备状态信息经输出控制系统发送至终端计算机。2.根据权利要求1所述的全光纤一体化光路的激光气象探测设备，其特征在于，所述三维风场测量模块使用1550nm种子光源，连接声光多普勒相干模块；声光多普勒相干模块将激光发送到1550nm激光放大器，所述1550nm激光放大器还接收所述一体化光学系统将980nm激光的70％，放大后送入环形器中，环形器连接功率检测模块，如果功率达到80uJ则输入单镜筒收发装置中，否则环形器将激光输入至所述声光多普勒相干模块中，重新进行放大，直到功率达到80微焦。3.根据权利要求1所述的全光纤一体化光路的激光气象探测设备，其特征在于，云高模块使用1064nm种子激光源，所述1064nm种子激光源连接1064nm激光放大器，1064nm激光放大器还接收一体化光学系统输出980nm激光的24％，然后将激光输入到50/50分光器中，所述50/50分光器将50％的激光输入第一1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测云高；水平能见度模块使用所述1064nm种子激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兵，钟奕飞，王戈，陈路，李凡显，
申请(专利权)人：湖南国天气象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：