专利名称：一种测量云水含量的激光雷达探测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型设计了一种测量云水含量的激光雷达探测系统。
背景技术：
云的形成和演变，是大气中运动过程的具体表现，是预示着未来天气变化的重要征兆，借助云的观测，对正确判断大气运动状况，特别是对短期临近天气预报有重要意义。人工影响天气方面，只有全面掌握云的参数信息才能更为有效的进行人工影响天气活动。气候研究方面，云具有辐射强迫作用，影响地球系统的收支平衡，进而影响气候变化。研究表明，云辐射导致的全球温度变化比二氧化碳的影响大3倍还要多。在模式研究方面，云的物理特性及过程也是一个重要的话题，云信息的正确参数化对全球模式及区域天气预报模式十分重要。云的参数可以从地面观测也可以天基形式观测，因此，云参数信息如云高、云厚、云的微物理特征，是检验数值天气预报和天气模型的重要依据。用于云和气溶胶探测的微脉冲激光雷达在国外起步较早，非球形粒子退偏这一技术在国外相对也比较成熟，美国和欧洲的几项观测计划中相关站点大都有偏振激光雷达。具有偏振通道的拉曼激光雷达可以定性的描述云中水的相态，但要准确的获取水汽中的水含量需要用到水的光谱学知识(吸收光谱或拉曼散射光谱)。水汽拉曼激光雷达比水汽差分吸收激光雷达在系统复杂性、造价等方面具有优势，因此，国内外水汽拉曼激光雷达方面的研究较多。水汽拉曼激光雷达主要测量大气里面的水汽含量，而在云体内部，水的存在相态以液态水和固态水为主，目前为止，申请人尚未查到以云中固、液态水为探测对象激光雷达系统。实用新型内容本实用新型目的在于提供一种测量云水含量的激光雷达探测系统。本实用新型的技术解决方案如下一种测量云水含量的激光雷达探测系统，该探测系统包括主控系统、激光发射系统、激光接收系统、光电探测系统和数据采集系统，其特征是所述光电探测系统分为四个探测通道。 数据采集系统设有两个光子计数卡和一个AD采集卡。所述激光接收系统采用Meade LX200望远镜。四个探测通道中每一个探测通道包含有一片透镜，一片滤光片和一个光电倍增管。四个探测通道的滤光片的透过中心波长不同，第一至第4通道分别为355nm，401nm，404nm, 386. 7nm, 355nm对应弹性散射波长，40Inm对应固态水拉曼散射波长，404nm对应液态水拉曼散射波长，386. 7nm对应大气中的氮气拉曼散射波长。本实用新型与现有技术相比具有的优点在于1、本实用新型利用窄带滤光片实现4个通道的拉曼信号分离探测，可对云中水的固、液态含量进行有效探测，填补国内云中水相态探测的空白。2、采用该套系统，可以实现对云中水相态的高空间分辨率和高时间分辨率的探测。[0017]3、采用本系统可以实施全天候无人值守监控。
图1为本实用新型的系统框图。图2为本实用新型主要部分的光路图。图2中L为透镜；BS为滤光片组；F为滤光片组盘⑷为全反镜；通道I为弹性散射通道；通道2为液态水探测通道；通道3为固态水探测通道；通道4为氮气拉曼通道；PMT为光电倍增管。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型由主控系统，激光发射系统、激光接收系统，光电探测系统、数据采集系统组成。各个系统独立单元，整体由主控系统计算机进行控制，保证系统稳定性。激光发射系统米用一台Surelite II _20激光器和全反镜Ml,激光器发射波长为355nm。激光接收系统采用高反光效率的Meade LX200望远镜及窄带滤光片等后继光路。主控系统由主控计算机完成数据的分析与处理。本实用新型还包括激光器电源和光电倍增管电源即PMT电源。本实用新型使用Surelite I1-20激光器作为激光发射系统，产生355nm波长的激光辐射，通过主控系统设置激光工作方式及系统初值设定，利用望远镜接收云的后向散射信号，后向散射信号经透镜L变成平行光，分别经滤光片BS1、BS2、BS3、BS4,分别由光电倍增管PMT1、PMT2、PMT3、PMT4接收。光电探测系统共有4个探测通道，其中两个水探测通道，使用窄带滤光片分别探测固、液两种相态水的特征拉曼回波信号，弹性散射通道用来探测气溶胶或云的光学特性，氮气拉曼通道则用来探测氮气的拉曼散射光，用于归一化水的拉曼散射信号。该激光雷达系统的三个拉曼通道使用两张光子计数卡进行光子计数，弹性散射通道则使用高速AD采集卡进行采集。并通过水的固、液态拉曼散射原理反演出云中水的固、液态含量。使用该系统进行探测的前提是在激光器工作状态良好时，利用水的固、液态拉曼散射频移的不同，使用窄带滤光片分别探测固、液两种相态水的特征拉曼回波信号，通过水的固、液态拉曼散射原理反演出云中水的固、液态含量。
权利要求1.一种测量云水含量的激光雷达探测系统，该探测系统包括 主控系统、激光发射系统、激光接收系统、光电探测系统和数据采集系统，其特征是所述光电探测系统分为四个探测通道。
2.根据权利要求1所述的测量云水含量的激光雷达探测系统，其特征是所述四个探测通道中每一个探测通道包含有一片透镜，一片滤光片和一个光电倍增管。
3.根据权利要求1所述的测量云水含量的激光雷达探测系统，其特征是数据采集系统设有两个光子计数卡和一个AD采集卡。
4.根据权利要求1所述的测量云水含量的激光雷达探测系统，其特征是所述激光接收系统采用Meade LX200望远镜。
专利摘要本实用新型设计了一种测量云水含量的激光雷达探测系统，该探测系统包括主控系统、激光发射系统、激光接收系统、光电探测系统和数据采集系统，所述光电探测系统分为四个探测通道。数据采集系统设有光子计数卡和AD采集卡。激光接收系统采用MeadeLX200望远镜。本实用新型利用窄带滤光片实现4个通道的拉曼信号分离探测，可对云中水的固、液态含量进行探测。
文档编号G01N21/65GK202837189SQ20122055100
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者卜令兵, 黄兴友, 庄一洲, 邵楠清, 田力 申请人:南京信息工程大学