本实用新型涉及污染物廓线激光雷达测量技术领域，具体为基于单拉曼管的臭氧探测差分吸收量子激光雷达装置。
背景技术：
对流层臭氧占大气臭氧总量的10％左右，是一种重要的痕量气体，在对流层大气污染重扮演着重要角色，臭氧是一种强氧化剂，它和其他化学物质反应产生多种有毒氧化物，对人体健康造成极大危害，并且臭氧在光化学烟雾和灰霾生成中起着重要作用。对流层臭氧已成为大气污染的首要表征物，开展臭氧时空探测装置获取对流层臭氧的时空分布数据和分布特征具有重大的科学意义和应用价值。差分吸收激光雷达以它的高测量精度、高时空分辨率以及能够连续测量等特点，成为测量大气臭氧的重要主动遥感工具。如中国专利申请号 201410021085.1以及申请号201410123935.9均是利用在双拉曼管：D2拉曼管、 H2拉曼管产生的两种不同波长的激光，再利用激光雷达接收光学系统接收这两种激光光信号衰减信号，并通过设备分析、计算测量结果。然而上述两个方案均存在以下两个问题：1利用两种激光光源，一旦出现两种激光调试失误，这样容易产生测量误差，且误差不会降到最低；2双拉曼管测试增加了测试复杂程度，而且也增加了测试成本。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供基于单拉曼管的臭氧探测差分吸收量子激光雷达装置，以解决上述背景技术中提出的问题。所述基于单拉曼管的臭氧探测差分吸收量子激光雷达装置具有既实现了利用差分的探测方法又降低了误差，且精简、优化了设备结构，降低了探测成本；积分球的设置大大提高了瞬态记录仪采集精度，使得工控机探测更加准确。特点。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
基于单拉曼管的臭氧探测差分吸收量子激光雷达装置，包括激光光源、拉曼管、离轴抛物镜Ⅰ、平面镜Ⅰ、离轴抛物镜Ⅱ、扫描器、瞬态记录仪以及工控机；所述拉曼管的输出端与离轴抛物镜Ⅰ的反射面处于同一水平面，所述平面镜Ⅰ的反射面位于离轴抛物镜Ⅰ的正下方，所述平面镜Ⅰ与轴抛物镜Ⅱ的反射面均处于扫描器输入端平面内，所述工控机通过RS-485线连接于瞬态记录仪；
还包括光参量振荡器，其输入端与激光光源入射口处于同一水平面，输出端与所述拉曼管的输入端处于同一水平面，该拉曼管的输出端到离轴抛物镜Ⅰ反射面之间的同一水平面内依次设有分束镜以及红外截止滤镜；
光滤装置，其垂直设于分束镜与红外截止滤镜之间；
所述分束镜的正下方设有与其平行的平面镜Ⅱ；
消色差光楔，其与所述平面镜Ⅱ的反射面处于同一水平面；
二向色镜，其与所述消色差光楔的折射平面处于同一水平面，且与平面镜Ⅱ平行；
所述离轴抛物镜Ⅱ的发反射面位于二向色镜的正下方；
积分球，其输出端连接于所述瞬态记录仪的输入端。
优选的，所述分束镜与光滤装置之间的夹角为30°～45°。
优选的，所述光滤装置为光滤波器或者干涉滤光片。
优选的，还包括束流收集器，其入射口与所述二向色镜的折射面处于同一水平面。
优选的，所述束流收集器12电性连接功率计。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：利用光参量振荡器将入射的激光光源，入射拉曼管，转换为两个频率不同的出射激光进而产生不同波长的激光光束：一路光束经过光滤装置：光滤波器或者干涉滤光片筛选，并通过红外截止滤镜、离轴抛物镜Ⅰ及扫描器，波长调到作为待测物(臭氧)的吸收线，另一路光束经过平面镜Ⅱ、消色差光楔、二向色镜、离轴抛物镜Ⅱ及扫描器，波长调到线上吸收系数较小的边翼，然后通过扫描器发射到大气中，由瞬态记录仪数据采集，并同时将实际采集脉冲数实时传递给工控机，工控机根据瞬态记录仪反馈的实际采集脉冲数据通过差分吸收反演方法，得到所测光路路径上的臭氧浓度廓线；采用一个拉曼管既实现了利用差分的探测方法又降低了误差，且精简、优化了设备结构，降低了探测成本；积分球的设置大大提高了瞬态记录仪采集精度，使得工控机探测更加准确。
附图说明
图1为本实用新型系统示意图。
图中：1光参量振荡器、2拉曼管、3分束镜、4光滤装置、5红外截止滤镜、 6离轴抛物镜Ⅰ、7平面镜Ⅰ、8平面镜Ⅱ、9消色差光楔、10二向色镜、11离轴抛物镜Ⅱ、12束流收集器、13扫描器、14积分球、15瞬态记录仪、16工控机。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：
基于单拉曼管的臭氧探测差分吸收量子激光雷达装置，包括激光光源、拉曼管2、离轴抛物镜Ⅰ6、平面镜Ⅰ7、离轴抛物镜Ⅱ11、扫描器13、瞬态记录仪15以及工控机16；拉曼管2的输出端与离轴抛物镜Ⅰ6的反射面处于同一水平面，当激光光源产生激光时可以很好的通过光参量振荡器1入射到拉曼管2 内，平面镜Ⅰ7的反射面位于离轴抛物镜Ⅰ6的正下方，平面镜Ⅰ7与轴抛物镜Ⅱ11的反射面均处于扫描器13输入端平面内，工控机16通过RS-485线连接于瞬态记录仪15；
还包括光参量振荡器1，其输入端与激光光源入射口处于同一水平面，输出端与拉曼管2的输入端处于同一水平面，该拉曼管2的输出端到离轴抛物镜Ⅰ6 反射面之间的同一水平面内依次设有分束镜3以及红外截止滤镜5，红外截止滤镜5属32点群，具有良好的压电和电光性质，光束通过其后稳定，一路光束通过光滤装置4、红外截止滤镜5后，被离轴抛物镜Ⅰ6反射到平面镜Ⅰ7上，再由平面镜Ⅰ7发射到扫描器13内；
光滤装置4，其垂直设于分束镜3与红外截止滤镜5之间，分束镜3与光滤装置4之间的夹角为30°～45°光滤装置4为光滤波器或者干涉滤光片，选择经过光参量振荡器1产生两束激光的其中一束中的光作为一路探测光；红外截止滤镜5的滤光片的截止深度为OD4-G，可以只允许波长为的探测物吸收线的光通过，其他波长光过滤；
分束镜3的正下方设有与其平行的平面镜Ⅱ8，反射两束激光的其中的另一束光，经过消色差光楔9、二向色镜10、离轴抛物镜Ⅱ1进入到扫描器13内；
消色差光楔9，其与平面镜Ⅱ8的反射面处于同一水平面，用于消除色差，确保测量精度；
二向色镜10，其与消色差光楔9的折射平面处于同一水平面，且与平面镜Ⅱ8平行，二向色镜10选择Thorlabs二向色镜，由硬膜离子束溅射镀在紫外熔融石英底上，这使得其在紫外到近红外范围内性能理想，便于选择另一束的光作为另一路探测光；
离轴抛物镜Ⅱ11的发反射面位于二向色镜10的正下方；
积分球14，其输出端连接于瞬态记录仪15的输入端。
还包括束流收集器12，其入射口与二向色镜10的折射面处于同一水平面，束流收集器12电性连接功率计，对二向色镜10光束透过产生的微量光束进行收集，同时可通过其产生的功率通过功率计来反馈调节激光光源功率。
激光光源选择眼安全型激光雷达，以免扫描过程对人眼产生伤害，如低发射能量的微脉冲激光。
拉曼管内根据实际情况来选择填充D2或H2；产生的两束光，将两束光中的一束波长调到作为待测物(臭氧)的吸收线，如波长289nm，另一束波长调到线上吸收系数较小的边翼，如在波长300nm以上。
积分球14开孔比应尽可能小，以获得较高的测量准确度。
工作原理：激光光源通过光参量振荡器1，入射拉曼管2，转换为两个频率不同的出射激光进而产生不同波长的激光光束：通过分束镜3，光被分成两束，两束中的一束经过光滤装置4：光滤波器或者干涉滤光片筛选，并通过红外截止滤镜5、离轴抛物镜Ⅰ6及扫描器13，波长调到作为待测物(臭氧)的吸收线，两束中的另一束由平面镜Ⅱ8、消色差光楔9、二向色镜10筛选，再经离轴抛物镜Ⅱ11及扫描器13，波长调到线上吸收系数较小的边翼，然后通过扫描器13 发射到大气中，由瞬态记录仪通过积分球14，数据采集，并同时将实际采集脉冲数实时传递给工控机16，工控机16根据瞬态记录仪15反馈的实际采集脉冲数据通过差分吸收反演方法，得到所测光路路径上的臭氧浓度廓线、空间分布情况。
此装置采用一个拉曼管2既实现了利用差分的探测方法又降低了误差，且精简、优化了设备结构，降低了探测成本；积分球14的设置大大提高了瞬态记录仪15采集精度，使得工控机16探测更加准确。
其中，上述差分吸收反演方法(该方法具体采用双波长差分吸收方法，具体请见Claus Weitkamp所著《Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere》书中的Differential-absorption lidar for ozone and industrial emissions章节)。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。