一種多層云實時測距裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多層云實時測距裝置，包括激光擴束整形系統、激光二極管、信號識別計時器、系統控制模塊、光電探測器、后繼光路、小孔光欄、接收望遠鏡；激光擴束整形系統設在激光二極管前方，激光二極管連接到信號識別計時器；系統控制模塊與信號識別計時器連接，信號識別計時器還與光電探測器連接；光電探測器與后繼光路連接；后繼光路前方依次設有小孔光欄和接收望遠鏡。其中，激光擴束整形系統由復數塊可調節透鏡組合而成；激光二極管為紅外激光二極管。本實用新型采用高效的光學發射接收系統以及簡潔的低成本測距識別電路，實現多層云底高度的測量，其可自動無人值守的全天候工作，適用于氣象、環保、機場的云底高度及云層的測量。
【專利說明】—種多層云實時測距裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多層云實時測距裝置。
【背景技術】
[0002]用于云底高度測量的儀器常使用測距原理和米散射激光雷達遙感等原理。
[0003]使用測距原理的儀器有云幕燈、激光測距云高儀等，云幕燈的測量精度太低所以現在基本上不再使用，激光測距云高儀采用發射激光脈沖到云層上，并記錄發射時間和由云底反射回的光脈沖信號的時間，通過時間推算距離，由于采取的結構、使用的光源在大氣中的穿透能力不強，同時探測單元的接收能力不高，一般白天只有1-2千米，而夜間也只有8千米，且采取計時的技術路線是只記一次，所以這兩種實現途徑都只能測量一個單一的目標，即只能探測離測量儀器最近的一層云底高，如果是多層云則不能測量。
[0004]米散射激光雷達遙感測原理:測量云高是探測激光脈沖在大氣中不同高度的后向散射信號，云是強散射信號，所以通過算法就能夠得到云底信息，由于激光雷達采取的結構和單元器件參數其探測能力強，可以獲取十幾到幾十千米的大氣信息，所以多層云信息也同時獲得。但該技術不僅需要保證激光的穿透和探測能力還需要對大氣分層測量，造成采取的單元器件成本高，同時為保證儀器的野外使用性能采取了較多的保護措施，因此總體造價相對較高，在精度上不僅取決于硬件系統的構成還取決于算法的精度。
【發明內容】
[0005]本實用新型要解決的技術問題是提供一種多層云實時測距裝置。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種多層云實時測距裝置，包括激光擴束整形系統、激光二極管、信號識別計時器、系統控制模塊、光電探測器、后繼光路、小孔光欄、接收望遠鏡；激光擴束整形系統設在激光二極管前方，激光二極管連接到信號識別計時器；系統控制模塊與信號識別計時器連接，信號識別計時器還與光電探測器連接；光電探測器與后繼光路連接；后繼光路前方依次設有小孔光欄和接收望遠鏡。
[0007]作為優選，激光擴束整形系統由復數塊可調節透鏡組合而成。
[0008]作為優選，激光二極管為紅外激光二極管。
[0009]作為優選，接收望遠鏡為透射式組合鏡或折返式望遠鏡。
[0010]作為優選,后繼光路包括光學透鏡、準直透鏡、光學濾光片。
[0011]作為優選，系統控制模塊包括用于與上位計算機連接的通訊接口。
[0012]本實用新型多層云實時測距裝置采用了米散射激光雷達和普通測距相結合的原理。具體的說是采取能在大氣中具有高穿透和收集能力的激光發射接收結構，采用激光管和優化的光束擴束裝置，使光具備強的穿透能力，信號接收采用高接收效率的接收系統和高靈敏度的光電探測器，使得系統具備探測大氣回波信號的能力。信號的識別采用高速自動調整閾值的識別連續計時的識別計時器，具備同時記錄多個時間點的功能。當有云時，光電探測器輸出信號的幅度會突然增大，計時器會記錄下自激光脈沖發射至信號增強的時間，由該時間乘以光速即可得到光從發射裝置到云處的往返距離，該距離的一半即為云底高度。不同高度云的回波信號在幅度上會有所不同，因此識別計時器的動作還具有有電平門限閾值自動識別功能，從而識別不同幅值目標回波脈沖信號，實現多層云底高度測量。
[0013]上述技術方案包括以下兩項關鍵點:
[0014]I)采用了高效的光學發射接收系統和簡潔的低成本測距識別電路，可以探測多層云底高度信息。首先是具備探測大氣氣溶膠及大氣分子的能力，這使得系統能夠探測十幾公里的云，其次是利用云回波信號的脈沖特點，直接輸入到信號識別計時器，能夠以高時間精確記錄云信號。
[0015]2)采用了優化設計的識別計時器，具備自動調整識別云信號閾值和多次記錄計時的功能，實現多層云的探測。
[0016]該裝置實現多層云底高度的測量，實現自動無人值守的全天候工作。可用于氣象、環保、機場及科研單位的云底高度及云層的測量。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]采用高效的光學發射接收系統以及簡潔的低成本測距識別電路，實現多層云底高度的測量，其可自動無人值守的全天候工作，適用于氣象、環保、機場及科研單位的云底高度及云層的測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0020]圖1是本實用新型多層云實時測距裝置實施例的結構示意圖。
[0021]圖中，1-激光擴束整形系統，2-紅外激光二極管，3-信號識別計時器，4-系統控制模塊，5-光電探測器，6-后繼光路，7-小孔光欄，8-接收望遠鏡。
【具體實施方式】
[0022]圖1是多層云實時測距裝置，包括激光擴束整形系統1、激光二極管2、信號識別計時器3、系統控制模塊4、光電探測器5、后繼光路6、小孔光欄7、接收望遠鏡8。
[0023]激光擴束整形系統I設在紅外激光二極管2前方，紅外激光二極管2連接到信號識別計時器3 ;系統控制模塊4與信號識別計時器3連接，信號識別計時器還與光電探測器5連接；光電探測器與后繼光路6連接；后繼光路前方依次設有小孔光欄7和接收望遠鏡8。
[0024]工作過程:
[0025]系統控制模塊4控制紅外激光二極管2發射一發激光脈沖后，經過優化設計的激光擴束整形系統I整形進入大氣，大氣的后向散射信號由望遠鏡系統8接收，通過小孔光欄7和后繼光路6到達光電探測器5，由光電探測器將光信號轉換為電信號，再進入信號識別計時器3進行信號的識別與計時，根據時間信息輸出云底高度的數據。紅外激光二極管2在輸出激光脈沖的同時將同步信號發送到信號識別計時器3作為計時起始信息，當遇有云層時，回波信號會突然增強，相對于無云信號形成一個脈沖，識別計時器首先需要將該信號識別出，如果是一有效脈沖信號則記錄，同時將調整脈沖信號識別閾值等待下一脈沖的到來。所有記錄信息和脈沖識別閾值調整均由系統控制模塊4完成。系統控制模塊還承擔激光脈沖輸出的控制和整體系統溫控的調節功能，以適應野外全天候工作，同時有通訊接口提供云層信息到上位計算機。
[0026]激光擴束整形系統I由多塊可調節透鏡組成，可適應不同激光管的參數，使得最終發射的激光束達到使用要求，即在最短的距離內可以落到接收視場內，同時又具備足夠的穿透能力。
[0027]接收望遠鏡8系統由透射式組合鏡構成，也可以由折返式望遠鏡構成。
[0028]后繼光路6包括光學透鏡，準直透鏡，光學濾光片等一系列光學調整及背景濾光。起到抑制背景，提高信號的信噪比作用。
[0029]本實施例采用了高效的光學發射接收系統和簡潔的低成本測距識別電路，可以探測多層云底高度信息。首先是具備探測大氣氣溶膠及大氣分子的能力，這使得系統能夠探測十幾公里的云，其次是利用云回波信號的脈沖特點，直接輸入到信號識別計時器，能夠以高時間精確記錄云信號。
[0030]本實施例采用了優化設計的識別計時器，具備自動調整識別云信號閾值和多次記錄計時的功能，實現多層云的探測。以上所述的本實用新型實施方式，并不構成對本實用新型保護范圍的限定。任何在本實用新型的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的權利要求保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種多層云實時測距裝置，其特征在于:包括激光擴束整形系統、激光二極管、信號識別計時器、系統控制模塊、光電探測器、后繼光路、小孔光欄、接收望遠鏡；所述激光擴束整形系統設在激光二極管前方，所述激光二極管連接到信號識別計時器；所述系統控制模塊與信號識別計時器連接，信號識別計時器還與光電探測器連接；所述光電探測器與后繼光路連接；所述后繼光路前方依次設有小孔光欄和接收望遠鏡。
2.根據權利要求1所述的多層云實時測距裝置，其特征在于:所述激光擴束整形系統由復數塊可調節透鏡組合而成。
3.根據權利要求1所述的多層云實時測距裝置，其特征在于:所述激光二極管為紅外激光二極管。
4.根據權利要求1所述的多層云實時測距裝置，其特征在于:所述接收望遠鏡為透射式組合鏡或折返式望遠鏡。
5.根據權利要求1所述的多層云實時測距裝置，其特征在于:所述后繼光路包括光學透鏡、準直透鏡、光學濾光片。
6.根據權利要求1所述的多層云實時測距裝置，其特征在于:所述系統控制模塊包括用于與上位計算機連接的通訊接口。
【文檔編號】G01C3/00GK203454993SQ201320517550
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】孫雪清, 孔潔, 程琳, 程雪 申請人:國家電網公司, 安徽省電力公司培訓中心
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
