一种同光轴收发一体式远光程激光探测系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用激光测试材料在特定元素或分子的特征波长下的吸收光谱术，具体涉及空气的激光吸收光谱术。
【背景技术】
[0002]远光程激光探测系统是在户外环境工作，而且探测距离较远，需要在光路运行方式和光路结构系统上采取相应有效的技术路径及措施，以能保持探测光路长时间稳定运行。目前用于环境气体探测的具备特定波长扫描并可锁定的单模半导体激光器系统的输出功率很小，通常只有几个毫瓦的可用激光功率，因此，优化激光发射、反射与接收的结构系统及其性能指标，提高探测激光信号的幅值水平，都是激光探测装置需要解决的设计研制问题。另外，现有的远光程激光探测系统中，激光发射与接收装置的保护筒窗镜均为一块倾斜放置的平面窗镜，明显存在下述不足:由于单窗镜也是倾斜放置的，以避免镜面反射光对主光路形成干扰，而准直激光束经过单窗镜时会产生折射和光轴偏移，需要在安装窗镜保护筒的过程中反复校准光路，给远光程探测光路的调整带来很大的不便与困难。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种同光轴收发一体式远光程激光探测系统，该系统不仅结构简洁紧凑，而且具有安装校准方便的优点。
[0004]本发明的目的通过以下的技术方案实现:本同光轴收发一体式远光程激光探测系统，该系统由一体式激光发射与接收装置和放置在该装置探测光程另一端的角锥反射镜组成，所述的一体式激光发射与接收装置包括光纤激光出射端口、准直透镜、双窗镜、菲涅尔透镜、探测器和双窗镜保护筒；其中，
[0005]所述光纤激光出射端口穿越菲涅尔透镜的中心，通过光纤激光出射端口输入的激光经准直透镜准直后穿越双窗镜保护筒内的双窗镜射出，经过一段开放的大气到达角锥反射镜后被反射，并按原方向返回；返回光携带着大气中目标气体的光谱信息透过双窗镜由菲涅尔透镜聚焦到探测器上，将光信号转变成电信号输出；
[0006]所述双窗镜安装在双窗镜保护筒面朝角锥反射镜的一头，并由两块左右对称倾斜放置的平面窗镜构成，且两块平面窗镜的对称轴与准直透镜所发出光束的光轴垂直；其中所述两块平面窗镜之间的夹角为30-40°。
[0007]所述两块平面窗镜之间形成开口朝上的V字形结构。
[0008]所述两块平面窗镜之间形成开口朝下的八字形结构。
[0009]所述的一体式激光发射与接收装置具有一收发腔，该收发腔由横截面为倒U形的罩壳、前端板、后端板和底板围成，其中，所述的前端板和后端板设在所述罩壳的两头，保护筒与前端板固定连接，菲涅尔透镜通过透镜压圈安装在前端板的中部，所述底板设在所述罩壳下部的开口上；所述收发腔的中间设有一个隔板，隔板上安装有转接光纤法兰和可调光阑，菲涅尔透镜聚焦的光束穿过可调光阑到达探测器。
[0010]本发明上述方案中的双窗镜可在每一平面窗镜的正反表面镀增透膜，以降低透光损耗。采取上述措施的单块平面窗镜的光透过率可达99%，组成双块窗镜后的透过率也达到 98%。
[0011]本发明激光探测系统的用途及其工作原理:
[0012]开放空间环境气体近红外吸收光谱监测仪器，是基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术设计研制而成，运用对应的特定波长激光和吸收光谱技术，可以准确灵敏长效地探测目标气体的浓度等参数，可以应用于温室气体的在线监测、天然气输运管道泄漏的在线监测预警、农田氨气排放的在线监测等方面。
[0013]吸收光谱监测仪器一般由主机系统和激光探测系统两大部分组成。主机系统包含激光器光源、输出激光调制以及光谱电信号的数据采集、处理、分析、显示等方面，激光探测系统为监测仪的外光路系统，它包含输入激光的光纤耦合传输，激光束的准直与发射、探测区合作目标(角反射镜装置)的激光反射、返回激光束的接收聚焦、光谱光信号的探测和光谱电信号的输出等方面。主机系统是在室内工作，激光探测系统是在户外环境工作，两者经由光纤、电缆互联。
[0014]本激光探测装置采用收发一体式的光路运行结构，准直透镜、菲涅尔透镜、输入激光的光纤耦合传输以及探测器，集成安装于收发腔体的前端板和底面板上，并且保持同光轴的结构关系，借助对面端设置的角锥反射镜装置，可将到达的发射光束予以反射，并沿原光路主轴方向返回，在目标气体探测距离内形成往返叠加吸收光路，有所扩展的返回光束经由菲涅尔透镜聚焦至探测器，将光信号转变成电信号输出。
[0015]由光纤耦合传输导入的激光输出端光束为发散光束，不能直接用于远距离探测，需要通过透镜收敛准直成发散角小的细直光束，方可用于远距离激光探测。在激光收发腔体的前置窗镜筒中，采用的斜置对称型双镜窗镜构型，是运用其折射角互补原理设计而成，既可保持单向通过光束以及往返通过光束的同轴性，也可保持收发光路调整过程中的同一性。
[0016]本发明相对于现有技术具有以下有益效果:
[0017]与现有的单窗镜保护筒相比，本发明由两块左右对称倾斜放置的平面窗镜构成的双窗镜保护筒，运用其折射角互补原理，既可保持单向通过光束以及往返通过光束的同轴性，又可保持探测光路调整过程中的同一性。因此，本发明的双窗镜结构技术不仅不需要窗镜的校准机构，而且在安装窗镜保护筒的过程中也无需反复校准。
【附图说明】
[0018]图1是实施例1的同光轴收发一体式远光程激光探测系统的光路图。
[0019]图2-图6是探测装置的结构图。其中，图2是激光发射与接收装置结构图。图3为角锥反射镜装置结构图。图4为图2的准直发射器的放大图。图5为图2的激光收发腔体前端板内侧面的正面图。图6为图2探测器的可调支架结构图。图7是图3的角锥反射镜的零件图。
[0020]图8是实施例2的激光发射与接收装置结构图。
[0021]图中标号及名称如下:
[0022]I罩壳的外罩，2罩壳的后端板，3端面板横撑杆(两根对称安装)，4探测器，5可调光阑，6罩壳的后罩壳，7隔板，8罩壳的前罩壳，9光纤跳线及光纤法兰，10罩壳的前端板，11菲涅尔透镜，12准直透镜，13保护筒的外筒，14平面窗镜，15双镜框座筒，16压环筒，17螺纹固定压环，18定位螺钉，19罩壳的底板，20固定横杆(两根对称安装)，21罩壳的底座，22俯仰角调节螺栓，23水平角调节旋钮，24转接光纤法兰，25底板孔接口及外套管，26电信号输出线转接座，27激光输入光纤，28电信号输出引线，29角镜筒的外罩，30角镜压圈，31角锥反射镜，32角镜筒，33角镜筒后盖，34角镜筒立板，35角镜筒底板，36支撑座连接板，37支撑座底面板，38支撑座侧面板，39角度调节弧形孔槽，40角度调节转动轴，41螺纹连接套管，42螺纹顶丝，43透镜框管，44压圈，45准直发射器固定支座，46固定支座大螺孔，47透镜压圈，48横撑杆固定用沉孔，49保护筒固定用螺孔，50罩壳的底板固定用沉孔，51支架底板，52支架立板，53固定夹板，54平移调节板，55角锥反射镜的台肩。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0024]实施例1:
[0025]如图1-图7所示的同光轴收发一体式远光程激光探测系统，该系统由一体式激光发射与接收装置和放置在该装置探测光程另一端的角锥反射镜31组成，一体式激光发射与接收装置包括光纤激光出射端口、准直透镜12、双窗镜、菲涅尔透镜11、探测器4和双窗镜保护筒；其中，
[0026]光纤激光出射端口穿越菲涅尔透镜11的中心，通过光纤激光出射端口输入的激光经准直透镜12准直后穿越双窗镜保护筒内的双窗镜射出，经过一段开放的大气到达角锥反射镜31后被反射，并按原方向返回；返回光携带着大气中目标气体的光谱信息透过双窗镜由菲涅尔透镜11聚焦到探测器4上，将光信号转变成电信号输出；
[0027]双窗镜安装在双窗镜保护筒面朝角锥反射镜31的一头，且其对称轴与准直透镜12所发出光束的光轴垂直；所述双窗镜由两块左右对称倾斜放置的平面窗镜14构成，其中所述两块平面窗镜14之间的夹角为30°。
[0028]两块平面窗镜14之间形成开口朝上的V字形结构。
[0029]一体式激光发射与接收装置具有一收发腔，该收发腔由横截面为倒U形的罩壳、前端板10、后端板2和底板19围成，其中，所述的前端板10和后端板2设在所述罩壳的两头，双窗镜保护筒与前端板10固定连接，菲涅尔透镜11通过透镜压圈47安装在罩壳的前端板10的中部，底板19设在所述罩壳下部的开口上；所述收发腔的中间设有一个隔板7，隔板7上安装有转接光纤法兰24和可调光阑5，菲涅尔透镜11聚焦的光束穿过可调光阑5到达探测器4。
[0030]根据激光功率很小、探测距离较远等特点要求，本装置创建设计成准直细光束激光发射和同光轴收发一体式的新型探测光路结构系统。与激光云高仪等类的激光收发一体式装置的结构系统不同，单光轴的激光云高仪是采用宽光束激光发射与接收，共用一块准直、接收透镜，并且光路中需要借助于反射镜折反光路，用于信号探测，光路结构相对复杂些。云高仪所用的半导体激光器的激光功率则要大得多，可以实现长焦距激光准直、宽光束发射与接收，它的激光探测也无需角反射镜合作目标，使用过程中也无需红光激光预调。而本探测装置需要针对合作目标进行红光预调和近红外光实调，因而在相关的结构设计上形成一定的独特之处。
[0031]与通常双筒式(发射与接收光筒分离)收发一体化激光探测装置不同，本设计形成的同光轴单筒式收发一体化激光探测装置，不仅光路结构单一紧凑，装置体积有所减小，而且光路结构的装调也相对简化方便。
[0032]下面对本实施例激光探测装置进行详细描述:
[0033]本同光轴收发一体式远光程激光探测系统，探测距离可达1.5千米，可用于甲烷、二氧化碳、硫化氢、氨气、水汽等环境生态气体的在线监测。。
[0034]1.光路系统工作流程
[0035]图1、图2和图3所示。由吸收光谱监测仪的主机系统输出的调制激光，通过单模的激光输入光纤27传输进入激光收发腔体，经光纤转接法兰24转接，再经单模的光纤跳线及光纤法兰9导入激光准直器，通过准直透镜12形成准直激光束发射。发射激光束通过保护筒的两个窗镜14后可保持主光轴方向不变。发射光束到达探测区对面端装置的角锥反射镜31后形成反射光束，且沿原光路主轴方向返回。有所扩展的返回光束再次通过保护筒2个窗镜后保持主光轴方向不变，经由菲涅尔透镜11聚焦至探测器4，探测光谱光信号，输出光谱电信号，输出信号通过电信号输出引线28、电信号输出线转接座26和底板孔接口及外套