一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，通过Scheimpflug原理，首先，将空间距离信息映射到CCD的像素分布上，使得雷达可以舍掉对脉冲激光器的依赖，实现更低的造价，更小的体积，更稳定的运行状态，其次，通过设置连续光激光器作为光源可以实现更高的功率，获得更大的探测范围，最后，Scheimpflug原理的非共轴系统，可以实现无盲区探测。实现无盲区探测。实现无盲区探测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达


[0001]本专利技术涉及激光光谱
，特别涉及一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达。

技术介绍

[0002]在环保方面，甲烷作为第二大温室气体，其每分子的温室效应是二氧化碳的72倍，对甲烷排放的监控已经刻不容缓，在生活生产方面，甲烷浓度分布探测装置不仅探测范围大，还可以获取探测范围内任一区域的浓度信息，将在危险预防和寻找泄露源头方面起到不可取代的作用。
[0003]原有的测量技术主要分为两大类。
[0004]其一为基于差分吸收原理的甲烷探测激光雷达，即发射波长位于甲烷吸收线上的on脉冲激光和波长位于甲烷吸收线外的off脉冲激光，然后接收大气后向散射的回波信号，通过回波信号的时间获取空间信息，通过对比两种波长激光的回波信号能量差，计算反演得到大气甲烷浓度，从而获得具有空间分辨的浓度信息。该方法测量范围可达几km，有空间分辨能力，且无需硬目标反射，但存在3个缺点：1.由于几何重叠因子的问题，在近场存在数百米的盲区；2.高功率的百ns脉冲激光器造价昂贵，体积巨大，且工作稳定性低；3.脉冲激光器总功率相比连续激光器要低，探测距离受限。
[0005]其二为TDLAS原理的甲烷探测装置，利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性，对发射激光的波长进行周期性调制，将收集到的硬目标反射信号进行解调，得到甲烷总路径积分浓度。该方法成本低，体积小，但不具备径向分辨能力，测量距离只有100m左右，且必须有硬目标反射信号，因此在实际应用中需要大量铺设，最终成本同样不低，作为测量大范围甲烷浓度分布的应用，本专利技术提供一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，以解决现有甲烷浓度分布探测雷达造价高，有盲区的缺点，针对性地将Scheimpflug原理应用于甲烷浓度分布探测，专利技术一种成本低，测量范围大，无盲区，工作稳定的甲烷浓度分布探测雷达，提高甲烷雷达在环保和安全领域应用的潜力，方便推广。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，包括：on和off两种波长的激光器，近红外CCD，光开关，发射和接收望远镜，滤波器，时序控制和信号处理系统；
[0009]所述On激光器的波长位于甲烷吸收线上，所述off激光器的波长在甲烷吸收线外，所述光开关令发射激光在on和off两个波长间切换，经过发射望远镜出射到大气中，所述接收望远镜与发射望远镜不共轴，将不同距离处的回波信号聚焦到近红外CCD的不同位置上，所述时序控制和信号处理系统获取近红外CCD的探测结果，经过算法反演出甲烷在不同区
域的浓度分布。
[0010]进一步的，所述on激光器波长被锁定于甲烷R4吸收线上，波长约为1650.95nm，所述off激光器波长在吸收峰外，约为1650.85nm。
[0011]进一步的，所述光开关接受高电平时通过on激光，低电平时通过off激光。
[0012]进一步的，所述发射望远镜将光纤中的光变成准平行光发射进入大气。
[0013]进一步的，所述接收望远镜和近红外CCD将发射光束上不同区域的回波信号聚焦于近红外CCD的不同位置，由近红外CCD记录每个区域回波光强。
[0014]进一步的，所述滤波器透过波长范围为1650.8nm
‑
1651.1nm，滤除环境噪声光子。
[0015]进一步的，所述时序控制和信号处理系统对光开关发送高低电平，控制发射波长，根据时序将近红外CCD接受的信号在时域上区分为on波长信号和Off波长信号根据Scheimpflug原理，由近红外CCD信号反演出回波强度与探测距离之间的关系使用差分吸收浓度公式计算出发射光束直线上的甲烷浓度分布。
[0016]进一步的，所述on激光器和off激光器均为连续激光。
[0017]进一步的，所述浓度计算公式为：
[0018][0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，通过Scheimpflug原理，首先，将空间距离信息映射到CCD的像素分布上，使得雷达可以舍掉对脉冲激光器的依赖，实现更低的造价，更小的体积，更稳定的运行状态，其次，通过设置连续光激光器作为光源可以实现更高的功率，获得更大的探测范围，最后，Scheimpflug原理的非共轴系统，可以实现无盲区探测。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达整体示意图；
[0022]图2为本专利技术一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达光源波长示意图；
[0023]图3为本专利技术一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达激光光束示意图；
具体实施方式
[0024]下面结合附图来进一步说明本专利技术的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0025]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。
[0026]一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，包括：on和off两种波长的激光器，近红外CCD，光开关，发射和接收望远镜，滤波器，时序控制和信号处理系统。
[0027]On激光器的波长位于甲烷吸收线上，off激光器的波长在甲烷吸收线外，光开关令发射激光在on和off两个波长间切换，经过发射望远镜出射到大气中，接收望远镜与发射望远镜不共轴，将不同距离处的回波信号聚焦到近红外CCD的不同位置上，时序控制和信号处理系统获取近红外CCD的探测结果，经过算法反演出甲烷在不同区域的浓度分布，on激光器波长被锁定于甲烷R4吸收线上，波长约为1650.95nm，off激光器波长在吸收峰外，约为1650.85nm，光开关接受高电平时通过on激光，低电平时通过off激光，发射望远镜将光纤中的光变成准平行光发射进入大气，接收望远镜和近红外CCD将发射光束上不同区域的回波信号聚焦于近红外CCD的不同位置，由近红外CCD记录每个区域回波光强。
[0028]滤波器透过波长范围为1650.8nm
‑
1651.1nm，滤除环境噪声光子，时序控制和信号处理系统对光开关发送高低电平，控制发射波长，根据时序将近红外CCD接受的信号在时域上区分为on波长信号和Off波长信号根据Scheimpflug原理，由近红外CCD信号反演出回波强度与探测距离之间的关系使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，其特征在于包括：on和off两种波长的激光器，近红外CCD，光开关，发射和接收望远镜，滤波器，时序控制和信号处理系统；所述On激光器的波长位于甲烷吸收线上，所述off激光器的波长在甲烷吸收线外，所述光开关令发射激光在on和off两个波长间切换，经过发射望远镜出射到大气中，所述接收望远镜与发射望远镜不共轴，将不同距离处的回波信号聚焦到近红外CCD的不同位置上，所述时序控制和信号处理系统获取近红外CCD的探测结果，经过算法反演出甲烷在不同区域的浓度分布。2.根据权利要求1所述的一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，其特征在于，所述on激光器波长被锁定于甲烷R4吸收线上，波长约为1650.95nm，所述off激光器波长在吸收峰外，约为1650.85nm。3.根据权利要求2所述的一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，其特征在于，所述光开关接受高电平时通过on激光，低电平时通过off激光。4.根据权利要求1所述的一种基于Scheimpflug原理的甲烷浓度分布探测雷达，其特征在于，所述发射望远镜将光纤中的光变成准平行光发射进入大气。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：任翔宇，吴凯露，江华亮，刘华，陈丹鈜，
申请(专利权)人：浙江省环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：