[发明专利]行星表面物质及大气远程原位综合测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及物质元素及成分测试技术，具体涉及一种行星表面物质及大气远程原位综合测试系统。

背景技术

对行星表面微观形貌、岩石/土壤元素组成、矿物物质成分以及大气探测在深空探测中的重要任务，各国纷纷研制了不同类型的分析仪器，主要有显微成像仪、热成像仪、拉曼光谱仪、红外光谱仪、α粒子X射线质谱仪（APXS）、X射线荧光分析仪等。其中大气探测有如美国“凤凰号”中的激光雷达，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术作为表征物质元素的新方法也已经在美国的“好奇号”上得到应用。

上述探测任务分别采用不同的系统，分开进行，增加了载荷的重量和成本。因此如何把星表面微观形貌、岩石/土壤元素组成、矿物物质成分以及大气探测等多种探测任务结合起来，设计新的联合探测系统及方法，提供一种紧凑的多功能仪器装置和方法，对未来深空探测具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑的能够获取行星表面远程显微图片及定性和定量分析行星表面物质的综合测试系统。

本发明的技术解决方案是：

行星表面物质及大气远程原位综合测试系统，包括激光定位系统、远程LIBS系统、远程Raman系统、激光雷达系统以及安装调节底座；

所述激光定位系统包括连续激光器（3）、全反镜（5）、卡塞格林光学系统、一维平移台（13）、分束镜一（21）、分束镜二（19）、CCD（20）；所述卡塞格林光学系统包括光学保护窗口（2）、卡塞格林遮光罩（10）、主镜（14）、次镜（12）；所述光学保护窗口（2）设置在卡塞格林遮光罩（10）的正前方；所述全反镜设置在光学保护窗口和次镜之间，用于将连续激光器（3）的出射光反射至卡塞格林光学系统正前方；所述次镜（12）设置在一维平移台（13）上，所述一维平移台（13）能够带动次镜沿卡塞格林光学系统轴线平移；所述分束镜一设置在主镜（14）正后方，所述分束镜二设置在分束镜一的反射光路上，所述CCD设置在分束镜二的反射光路上；

所述远程LIBS、远程Raman系统、激光雷达系统包括双波长脉冲激光器（7）、45°双色镜（6）、半透半反镜（4）、扩束器（8）、准直透镜（9）、低通滤波片（11）、分束镜一（21）、分束镜二（19）、会聚透镜（18）、陷波滤波片（17）、光纤探头、光谱仪、ICCD；所述双色镜设置在双波长脉冲激光器的出射光路上，所述半透半反镜设置在双色镜透射光路和连续激光器出射光路的交汇处；所述扩束器、准直透镜、低通滤波片依次设置在双色镜的反射光路上，且低通滤波片位于双色镜反射光路和卡塞格林光学系统轴线交汇处；会聚透镜、陷波滤波片、光纤探头依次设置在分束镜二的透射光路上，光纤探头与光谱仪通过光纤连接；所述至少一组激光雷达探测单元依次设置在分束镜一的正后方，激光雷达探测单元包括窄带滤波片（22、23、24）、位于窄带滤波片反射光路上的透镜（25、26、27）、设置在透镜后方的光电倍增管（28、29、30）；

所述安装调节底座包括底座（33）、360°水平旋转机构（32）、180°倾斜角度旋转机构（31）、至少一组探测单元；所述360°水平旋转机构32设置在底座上，所述180°倾斜角度旋转机构设置在360°水平旋转机构上，所述激光定位系统、远程LIBS系统、远程Raman系统、激光雷达系统均固定在180°倾斜角度旋转机构上。

基于上述基本方案，本发明还做如下优化限定和改进：

上述连续激光器（3）为650nm连续激光器；所述双波长脉冲激光器为1064nm/532nm脉冲激光器；所述光谱仪为带时间分辨具有时间延迟控制的ICCD光谱仪；所述半透半反镜（4）采用透650nm反532nm反射镜；所述双色镜（6）镀双波长分束膜，工作角度为45，对532nm激光完全透射，对1064nm激光反射；所述分光镜（11）镀宽光谱分束膜，工作角度为45°，对出射1064nm激光反射，对收集到的光谱透射；所述分光镜二（19）镀宽光谱分束膜，工作角度为45°，对可见光和收集光谱进行分离，使部分可见光以20%左右的采样量进入CCD相机；所述窄带滤光片（22、23、24）将部分后向散射回来的光学信号进行分光，镀窄带光谱分束膜，工作角度为45°。

上述的光学保护窗口(2)为一施密特校正板，内侧面为平面，外侧面为非球面。

本发明的优点是：