]本实施例的激光发射子系统，包括高功率脉冲激光器、倍频器、三倍频器、扩束准直器以及三个高反射带宽反射镜。高功率脉冲激光器发射出基频近红外波段激光，经过倍频器使得波长变为可见光波段，再利用三倍频器把近红外和可见光波段激光转换为紫外激光。使用激光扩束准直器，不仅能增大激光束光斑尺寸，还可有效减少激光束发散角。三个高反射带宽反射镜用于改变激光束路径，从望远镜光轴向空气中发射，达到激光雷达系统发射与接收同轴的目的。
[0020]本实施例的回波信号接收子系统，包括天文望远镜、光阑、三个二色镜、三个窄带滤光片、偏振分光晶体、六个凸透镜、两个光电倍增管、雪崩型二极管、二个光栅光谱仪。天文望远镜，用于接收不同距离的回波信号强度。光阑用于设定接收子系统合理的视场角，减少背景信号的影响从而提高信噪比。三个二色镜，均用于选择不同的波段范围，即反射(或透射)小于某一特定波段的短波，而透射(或反射)大于该波段的长波。三个窄带滤光片，均用于选择所需要的波段信号同时过滤掉该波段以外的回波信号。偏振分光晶体，用于对回波米散射信号的总信号分为水平偏振和垂直偏振两个组分。六个凸透镜，均用于回波光信号的聚焦或准直平行。光电倍增管和雪崩型二极管均用于把分光之后的回波光信号转换为电信号。光栅光谱仪，用于接收微弱的全波段荧光信号并转换成电信号。
[0021]本实施例的信号采集子系统，包括Licel瞬态数据采集器、触发源探测器及计算机。Licel瞬态数据采集器，用于采集从探测器输出来的电信号。为了同时采集近场的强回波信号和远场的弱回波信号，数据采集器同时采用模拟信号方式和光子计数方式两种手段采集大动态范围回波信号。非常微弱的拉曼信号和荧光信号，单独使用光子计数方式采集。触发源探测器，用于探测激光发射子系统的部分散射激光从而触发信号采集子系统，实现对不同距离回波信号的识别。所有的信号采集用计算机控制与显示，并存储于硬盘。
[0022]本实施例的激光发射子系统同时发射355nm紫外与1064nm近红外波长的高能量脉冲激光束；激光束与大气中生物气溶胶之间发生物理过程，被散射后，利用回波信号接收子系统的天文望远镜接收回波光信号。回波信号接收子系统对接收到的后向散射激光信号进行精细分光、过滤及探测等处理，同时获得355nm波长的总米散射信号以及垂直和水平偏振2个分量、387nm波长的氮气拉曼散射信号、407nm波长的水汽拉曼散射信号以及谱宽约360nm的64通道全波段荧光光谱信号。回波信号接收子系统将所得到的米散射回波信号转换成电信号，并将该些电信号传输至信号采集子系统，同时采用模拟和光子计数两种方式采集，最后输送至计算机显示与存储；回波信号接收子系统将微弱的拉曼信号和荧光信号传输给信号采集子系统，采用2个32阵列式光电倍增管把光信号转换成电信号，再利用光子计数方式采集，最后输送至计算机显示与存储。
[0023]本实施例的雷达系统利用高能量紫外激光束激发大气中生物气溶胶的荧光信号，然后采用64通道光栅光谱仪接收全波段的微弱荧光光谱，解决现阶段已有的激光雷达系统探测波段窄而少的问题。并且同时探测355nm波段偏振散射信号、387nm氮气拉曼信号和407nm水汽拉曼信号，进一步准确获得生物气溶胶的浓度、形状等重要信息，解决现阶段已有的激光雷达系统功能单一的问题。该激光雷达系统可实现对大气生物气溶胶性质的实时、快速、可靠、非接触式连续监测。
[0024]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种在线监测大气生物气溶胶的激光装置，其特征在于:包括激光发射子系统、回波信号接收子系统和信号采集子系统，所述激光发射子系统用于发射高能量脉冲激光束，所述回波信号接收子系统用于接收后向散射信号并把回波光信号转换成电信号，所述的信号采集子系统用于接收上述电信号。2.根据权利要求1所述的一种在线监测大气生物气溶胶的激光装置，其特征在于:所述激光发射子系统包括高功率脉冲激光器、倍频器、三倍频器、激光扩束准直器以及三个高反射带宽反射镜；所述高功率脉冲激光器发射出基频近红外波段激光；所述倍频器使基频近红外波段激光波长变为可见光波段；所述三倍频器把近红外和可见光波段激光转换为紫外激光；所述激光扩束准直器增大激光束光斑尺寸同时减少激光束发散角；所述三个高反射带宽反射镜用于改变激光束路径。3.根据权利要求1所述的一种在线监测大气生物气溶胶的激光装置，其特征在于:所述回波信号接收子系统包括天文望远镜、光阑、三个二色镜、三个窄带滤光片、偏振分光晶体、六个凸透镜、两个光电倍增管、雪崩型二极管、二个光栅光谱仪；所述天文望远镜用于接收不同距离的回波信号强度；所述光阑用于设定接收子系统合理的视场角，减少背景信号的影响从而提高信噪比；所述三个二色镜均用于选择不同的波段范围，即反射或透射小于某一特定波段的短波，而透射或反射大于该波段的长波；所述三个窄带滤光片均用于选择所需要的波段信号同时过滤掉该波段以外的回波信号；所述偏振分光晶体用于将回波米散射信号的总信号分为水平偏振和垂直偏振两个组分；所述六个凸透镜均用于回波光信号的聚焦或准直平行；所述光电倍增管和雪崩型二极管均用于把分光之后的回波光信号转换为电信号；所述光栅光谱仪用于接收微弱的全波段荧光信号并转换成电信号。4.根据权利要求1所述的一种在线监测大气生物气溶胶的激光装置，其特征在于:所述信号采集子系统包括Licel瞬态数据采集器、触发源探测器及计算机；所述Licel瞬态数据采集器用于采集从探测器输出来的电信号；所述触发源探测器用于探测激光发射子系统的部分散射激光从而触发信号采集子系统，实现对不同距离回波信号的识别；所有的信号采集用计算机控制与显示，并存储于硬盘。5.根据权利要求4所述的一种在线监测大气生物气溶胶的激光装置，其特征在于:所述Licel瞬态数据采集器同时采用模拟信号方式和光子计数方式两种手段采集大动态范围回波信号。
【专利摘要】本实用新型公开了一种在线监测大气生物气溶胶的激光装置，该装置主要采用一种新型激光雷达系统，包括激光发射子系统、回波信号接收子系统和信号采集子系统，所述激光发射子系统用于发射高能量脉冲激光束，所述回波信号接收子系统用于接收后向散射信号并把回波光信号转换成电信号，所述的信号采集子系统用于接收上述电信号；本实用新型解决了现阶段已有的激光雷达系统探测波段窄而少以及已有的激光雷达系统功能单一的问题；另外本实用新型的激光雷达系统可实现对大气生物气溶胶性质的实时、快速、可靠、非接触式连续监测。
【IPC分类】G01N15/06, G01S17/88
【公开号】CN204832513
【申请号】CN201520502027
【发明人】黄忠伟, 黄建平, 周天
【申请人】兰州大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月13日