[实用新型]一种测量海平面非均匀水平大气气溶胶消光系数的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于大气光学测量领域，更具体的说，一种基于改进的Mie 式散射激光雷达的海上大气气溶胶水平消光系数廓线的测量装置。

背景技术

近几年，随着经济的迅速发展，环境的破坏也越来越严重，尤其是大气的污染已严重影响到人们的身体健康和日常生活，因此，对大气进行探测研究显得更加重要。

人们所熟知的大气能见度(Visibility)能够反映大气的透明程度，是与大气探测相关的物理量之一。大气能见度是一个重要的气象观测要素，能见度值的预报不仅用于气象部门的天气分析，还能广泛应用于航空、航海、高速公路等交通运输、军事以及环境监测等领域。

对大气能见度的测量实质是对气溶胶消光系数的测量。气溶胶探测技术主要可以分为两大类：被动探测与主动探测。其中，被动探测又主要包含卫星被动遥感探测和地面太阳辐射计等。主动探测即激光雷达探测。

激光雷达用于大气气溶胶探测具有探测范围广和高时空分辨率的特点，近年来被广泛应用于大气与环境检测领域。激光雷达作为一种主动遥感探测工具，可以获得丰富的气溶胶相关的光学特性，而能提供较为准确的气溶胶光学特性信息，激光雷达可以与卫星或者机载遥感探测相结合，适用范围较为广泛。

利用激光雷达探测大气气溶胶消光系数，通常是针对垂直大气。在获得垂直大气激光雷达数据之后利用Fernald方法进行垂直方向上的消光系数廓线反演。然而，在海洋上水平大气气溶胶光学特性的探测也是十分有必要的。因为，在船舶航行过程中，实时获取船只周围的水平大气能见度变化可以避免因能见度过低引发的航行安全问题。更重要的，在军事应用方面，获得舰船之间区域的气溶胶消光系数分布对实现高效的舰船间激光通信有着非常重要的意义。

然而，现有的对于水平大气消光系数测量技术存在一定局限性，其测量值不准确，没有实际应用的价值。因为，现有技术中，将激光雷达系统用于水平大气气溶胶测量的过程中，通常先假设大气均匀分布，然后使用斜率法反演获得一个固定的消光系数值。但是，在实际情况当中，大气水平均匀分布的假设并不成立。尤其在海洋上，由于特殊的气候条件导致海洋上低层大气中的水汽凝结聚集从而产生海雾。这种海雾厚度通常在几百米到数千米不等。激光雷达对气溶胶探测的距离范围通常为公里量级，则对存在海雾的情况下假设大气均匀分布，显然不能够获得准确的气溶胶消光系数值。

因此，需要对现有装置或者方法进行改进，以能准确测量出海平面非均匀水平大气气溶胶消光系数。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本实用新型提供一种测量海平面非均匀水平大气气溶胶消光系数的装置，通过巧妙设置光学器件，对现有的装置进行改进，本实用新型的装置可用于测量海洋低层大气或称为海上水平方向上大气的消光系数廓线。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种测量海平面非均匀水平大气气溶胶消光系数的装置，其特征在于，其包括激光器、激光器电源、折返天文望远镜、聚焦透镜、滤光片、门控光电倍增管、反射镜、PIN光电二极管、可控信号放大模块、Pico数字示波器和处理器，其中，

所述激光器电源与激光器电连接，以用于给激光器供电并用于设置设定的参数以使激光器按照预期发射激光光束，

在激光器出射激光方向上设置有分光镜，以用于将激光器出射的激光分为相互垂直的第一光束和第二光束，所述第一光束用于直接射入待测量消光系数廓线的海平面非均匀水平大气中，所述第二光束的出射方向上设置有反射镜，所述反射镜用于将第二光束反射至PIN光电二极管中。所述分光镜的镜面与激光器出射激光成45°夹角，激光器出射的激光一部分透射且一部分反射，形成相互垂直的第一光束和第二光束，

所述PIN光电二极管与Pico数字示波器的第一信道相电连接，所述PIN 光电二极管用于将进入自身的光信号转化为电信号后传输至Pico数字示波器的第一信道，

所述折返天文望远镜用于收集海平面非均匀水平大气散射回的回波信号，

所述聚焦透镜和滤光片依次设置在折返天文望远镜的光出口处，所述聚焦透镜用于将大气后向散射回波信号聚焦到滤光片上，所述滤光片用于滤除杂散光，

所述门控光电倍增管设置在滤光片出射光方向上，所述门控光电倍增管用于将光信号分段转化为电信号，所述门控光电倍增管的输出端连接可控信号放大模块的第一输入端，以用于将光信号转换获得的电信号传输至可控信号放大模块，可控信号放大模块用于将获得的电信号放大，

所述可控信号放大模块的输出端连接所述Pico数字示波器的第二信道，以用于将放大后的电信号传输至Pico数字示波器，