基于分区探测的激光雷达和移动式大气监测系统的制作方法

本实用新型涉及大气测量，特别涉及基于分区探测的激光雷达及移动式大气监测系统。

背景技术：

对于激光雷达，目前一般采用模拟采集方法，测量信号强度信息，但由于测试灵敏度较低，限制了其探测距离。为了实现更远距离的探测，提高探测灵敏度，很多激光雷达采用了光子计数方法，大大提高了探测距离。

华东师范大学的吴光、冯百成等人在“201410387283x一种多元光子计数激光测距的三维成像系统”中提出使用光纤阵列耦合的单光子探测器阵列，实现多元光子计数激光测距的三维成像系统，发挥光子探测超高灵敏度，大大提高测距距离。但采用光子计数的雷达，虽然可大大提高激光雷达探测距离，但由于探测灵敏度高，近距离强信号容易饱和，造成近距离反演结果不够准确。

目前，大气采样总管的设计有两种，一种是固定某种长度，不分体不可拆分式；另外一种两节或多节采样总管进行连接固定，分体可拆分式。固定点监测是在某一个固定地点进行长期运行监测，只要固定点位没有迁移的需求，大气采样总管就不会拆装，以上两种方案的大气采样总管在固定点监测都可使用；移动监测是将大气采样总管放置在移动平台上进行运动中监测，由于移动平台的不确定性和法律法规的约束，第二种方案的大气采样总管才可以使用。

鉴于固定点监测的局限性、气体污染的种类繁多等原因，移动监测的需求在快速增长，移动平台搭载大气采样总管及分析仪的需求已成趋势，但目前移动平台上的采样模式单一，在遇到车辆限高处，都要进行采样管的拆卸和复装的工作，且车辆停在道路上，人员登顶操作风险很高。因此，发明一种车载可倒伏式大气采样总管的需求体现的尤为重要。

技术实现要素：

为解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种近场信号准确、探测距离远的基于分区探测的激光雷达。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

基于分区探测的激光雷达，所述基于分区探测的激光雷达包括散射光接收单元、模拟探测器和分析单元；所述基于分区探测的激光雷达还包括：

分束器件，所述散射光接收单元出射的散射光被所述分束器件分为第一光束和第二光束；所述模拟探测器将所述第一光束转换为对应大气中第一区的第一电信号，并传送到所述分析单元；

光子计数探测器，所述光子计数探测器将所述第二光束转换为对应大气中第二区的第二电信号，并传送到所述分析单元；所述第一区的高度低于所述第二区的高度。

本实用新型的目的还在于提供了应用上述大气采样管的移动式大气监测系统，实现了大气探测近场信号准确、探测距离远的发明目的，更进一步地实现了安全、无需人工拆卸折叠大气采样管、可靠性好的发明目的，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

移动式大气监测系统，所述移动式大气监测系统包括移动工具；所述移动式大气监测系统还包括：

激光雷达，该激光雷达采用上述的激光雷达，并设置在所述移动工具上。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

1.创造性地提出了利用模拟探测器检测第一区的近场信号和光子计数探测器检测第二区的远场信号，同时对分束的光强进行了限定，防止模拟探测器饱和；利用现有技术中近场信号和远场信号的拼接(参见cn108089172a)，使得近场信号准确的同时，探测距离远；

2.安全；

创造性地设置了基于分区探测的激光雷达，根据需要地倒伏，从而降低采样管的高度，安全、方便地通过限高杆；

3.无需人工拆卸折叠；

在需要折叠大气采样管时，自动控制马达驱动第一转动轴的旋转，从而使第一管道倒伏，完全人工去拆卸第一管道；

即使马达出现故障，利用人工去旋转第二转动轴即可，仍然无需拆卸第一管道；

4.可靠性好；

可弯曲的第三管道采用柔性材料或波纹管，使得经过多次弯曲后，仍能保证第三管道和第一管道及第二管道间的密封性能，确保了大气采样管工作的可靠性，有助于提高后续大气分析的准确性；

抱箍、固定件和连接件的设计(具有竖直部、水平部以及加强部)，显著地提高了结构强度，从而提高了对第一管道(竖立和倒伏时)的承载能力，防止被风吹倒。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本实用新型实施例的移动式大气监测系统的结构简图；

图2是根据本实用新型实施例的基于分区探测的激光雷达的结构简图；

图3是根据本实用新型实施例的倒伏式大气采样管的结构简图。

具体实施方式

图1-3和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实用新型实施例的移动大气监测系统的结构简图，如图1所示，所述移动大气监测系统包括：

移动平台1，如汽车；

大气监测仪，如气体含量监测仪、颗粒物监测仪等，均设置在移动平台内，如汽车内；

图2示意性地给出了本实用新型实施例的基于分区探测的激光雷达的结构简图，如图2所示，所述基于分区探测的激光雷达包括：

激光器、发射单元和散射光接收单元61，这些器件均是本领域的现有技术，具体结构和工作方式在此不再赘述；

分束器件71，所述散射光接收单元61出射的散射光被所述分束器件71分为第一光束和第二光束；所述模拟探测器81将所述第一光束转换为对应大气中第一区的第一电信号，并传送到分析单元；

光子计数探测器82，所述光子计数探测器82将所述第二光束转换为对应大气中第二区的第二电信号，并传送到分析单元；所述第一区(近场)的高度低于所述第二区(远场)的高度，且所述第二光束的强度大于所述第一光束，有效地防止了模拟探测器饱和；

图3示意性地给出了本实用新型实施例的倒伏式大气采样管的结构简图，如图3所示，所述倒伏式大气采样管包括：

第一管道11，所述第一管道11采用内管、外管构成的双层管；第一管道11由于暴露在外，需采用防水、防老化的材料，如不锈钢；

第二管道12，所述第二管道12设置在所述第一管道11的下部，并采用内管、外管构成的双层管，固定在移动平台上，如汽车车顶上；第二管道的出口连通大气监测仪；

第三管道13，所述第三管道13用于连通上下设置的第一管道11和第二管道12；所述第三管道13随着所述第一管道11顺时针和逆时针地弯曲，第三管道13采用柔性材料或波纹管，从而方便地弯曲；

连接件51-53，所述连接件51-53用于连接所述第一管道11和转动臂31；

转动臂31，所述转动臂31固定在第一转动轴22上，随着所述第一转动轴22旋转；

第一转动轴22，所述第一转动轴22在外力驱动下顺时针和逆时针旋转。

为了降低第一光束的光强，防止模拟探测器饱和，进一步地，所述分束器件的迎着所述光接收单元出射的散射光的一侧具有增透膜，所述第二光束为透射光，所述第一光束为反射光；或者，

所述分束器件的迎着所述光接收单元出射的散射光的一侧具有增反膜，所述第二光束为反射光，所述第一光束为透射光。

为了降低第一转动轴的转动难度，进一步地，所述基于分区探测的激光雷达还包括：

齿轮组(未示出)，外力通过所述齿轮组驱动所述第一转动轴转动，从而减小外界驱动力，使用较小的马达或人力即可实现第一管道的倒伏。

为了防止马达等故障造成无法工作的问题，进一步地，所述齿轮组包括第一齿轮，所述基于分区探测的激光雷达还包括：

第二转动轴21，所述第一齿轮随着第二转动轴转动；所述第二转动轴21的中心轴线和第一转动轴22的中心轴线间的夹角为锐角或直角；所述第二转动轴的远离第一齿轮的一端与摇把匹配；

摇把，所述摇把固定在所述第二转动轴上，并驱动所述第二转动轴转动；使得在人力操作摇把，从而驱动第二转动轴转动。

为了保证第一管道和转动臂间的稳固连接，以很好地支撑第一管道，进一步地，所述基于分区探测的激光雷达还包括：

抱箍61，所述抱箍61设置在所述第一管道11上，并与所述连接件连接。

为了将二个转动臂连接在一起以更好地支撑第一管道，进一步地，所述基于分区探测的激光雷达还包括：

固定件41，所述固定件41与分别设置在所述第一转动轴22的两端上的二个转动臂31连接。

为了增大连接面积，提高支撑强度，进一步地，所述连接件包括片状的竖直部51和片状的水平部52，竖直部51与所述抱箍61连接，水平部52与所述固定件41连接，从而将第一管道11与转动臂31牢固地连接。

为了进一步提高连接件的强度，进一步地，所述连接件还包括：

加强部53，直立式的片状加强部53的分别与所述竖直部51和水平部52连接。

为了防止外界雨雪等腐蚀、冲击第三管道，进一步地，所述基于分区探测的激光雷达还包括：

第四管道14，所述第四管道14设置在所述第三管道13的外围，并分别固定在所述第一管道11和第二管道12上。

实施例2：

根据本实用新型实施例1的移动式大气监测系统的应用例。

在该应用例中，基于分区探测的激光雷达，分束器件采用倾斜设置的分束镜，迎着接收单元出射的散射光的一侧具有增透膜，使得透射光的光强是反射光光强的4倍，光子计数探测器接收透射光，模拟探测器接收第一光束；

倒伏式大气采样管，第一管道和第二管道均采用不锈钢，其中，第二管道安装在汽车的的顶壁上，下端与大气监测仪连通；第三管道采用波纹管，上下端分别固定在第一管道和第二管道的内管上；第四管道采用波纹管，上下端分别固定在第一管道和第二管道的外管上；

马达和齿轮组设置在齿轮箱内，同时，第二转动轴外露，并朝向汽车后方；摇把挂在齿轮箱上；第二转动轴和第一转动轴的中心轴线间的夹角为直角；二个转动臂处于齿轮箱外，并分别设置在第一转动轴的相对的两端；环形结构的固定件与二个转动臂固定连接；连接件的片状结构的水平部与固定件连接，片状结构的竖直部与固定在第一管道外缘的抱箍连接，加强部为片状结构，直立的加强部分别连接竖直部和水平部；第一管道的具有上下设置的限位件，所述抱箍处于二个限位件之间。

上述移动式大气监测系统的工作方式为：

汽车根据需要地移动到监测地点；

马达正向转动，驱动第一转动轴正向转动，正向转动的第一转动轴带动倒伏的第一管道正向转动，逐渐竖立；第一管道达到竖立状态时，马达停止转动；

抽气泵等工作，外界空气依次通过第一管道、第三管道和第二管道，进入大气监测仪分析；

激光器发出的检测光穿过车顶的视窗射向大气，散射光穿过车顶的视窗后被散射光接收单元接收，继而被分束镜分束，作为反射光的第一光束被模拟探测器接收，作为透射光的第二光束被光子计数探测器接收，第二光束的光强是第一光束光强的4倍；

当汽车需要移动时，马达反向转动，驱动第一转动轴反向转动，反向转动的第一转动轴带动竖立的第一管道反向转动，逐渐倒伏；第一管道达到水平状态时，马达停止转动；

若马达发生故障，或缺电时，操作人员爬高，使用摇把连接第二转动轴，从而驱动第一管道的正向和方向转动。

上述实施例中，正向和反向并不是泛指各个部件的转动方向，如马达、第一转动轴、转动臂以及第一管道的转动方向完全相同，而是单指各个部件。