双差分激光雷达——一组可以提高臭氧测量精度的波长

模拟了气溶胶影响三波长双差分 (2 6 6 - 2 89- 30 8nm)方法和双波长差分 (2 6 6 - 2 89nm和 2 6 6 - 30 8nm)方法测量对流层臭氧的误差 ,并在合肥测量了对流层 2～ 3.6km高度的臭氧分布。结果表明 ,三波长双差分方法比常规的双波长差分方法能更有效地克服气溶胶的影响 ,三波长差分测量的结果比常规的双波长差分的结果更精确。同时还揭示了气溶胶影响双波长差分方法测量臭氧的规律。

基于差分激光三角法的薄零件厚度测量研究

为了精确自动测量薄零件的厚度,设计了一种基于差分激光三角法的厚度测量系统。利用双路激光对称布置,由两个CCD接收上下光路的反射/散射光斑,实现薄零件的厚度自动测量。采用平行直线双线性查表法标定测量系统,进行了标定实验和厚度测量实验。多次实验表明,系统的标准差均小于0.009。

用车载差分吸收激光雷达系统遥测二氧化硫(英文)

介绍了自行研制的车载差分吸收激光雷达系统, 此台雷达被用于监测大气污染如二氧化硫等。利用此台雷达在北京和合肥进行了实地测量,给出了对二氧化硫测量的典型结果并进行讨论分析。

塔式光聚热熔融盐液位激光差分检测技术研究

塔式光聚热发电系统中采用储存在大型密闭罐体中的熔融盐作为能量储存介质,通过冷罐和热罐中的熔融盐交换实现储能和发电。文中提出了一种能够精确测量冷罐和热罐内熔融盐液位的方法,不仅可以推算出电站的储能量,还可以通过液位的差分变化估算熔融盐流速。针对高温密闭熔融盐罐内的液位测量问题,文中采用线激光结合差分检测原理改进传统的激光三角法测距系统,设计了一套非接触式的熔融盐液位激光测量装置。该装置被安装在罐体外部通过透射窗口进行检测,不受罐内温度和压力等环境因素的影响。针对熔融盐快速出入储热罐引起的液面晃动难题,提出的线激光差分检测技术,有效削弱了液面晃动对精确测量的影响。实验证明,该技术方案能有效、快速、准确地测量出熔融盐罐内的液面高度。

海水折射率对差分激光三角法油膜厚度测量精度的影响

针对海水折射率变化引起差分激光三角法溢油油膜厚度测量系统结果误差增大的问题,理论分析了海水折射率变化对厚度测量值的影响机理,研究了折射率变化与测量结果误差大小的关系。提出了基于二维曲面拟合的误差补偿方法。该方法通过采集不同厚度、不同折射率下的厚度测量值,利用二次多项式曲面拟合建立测量误差、厚度测量值和折射率之间的函数关系,根据测量值和折射率值,就可得到误差补偿值,进而实现对测量结果的补偿。通过对不同折射率、不同厚度陶瓷量块的补偿实验,结果表明补偿后的厚度测量值更接近真值,测量结果的误差显著降低。

差分吸收激光雷达探测二氧化硫实验研究

二氧化硫是大气中最常见、最重要的污染物之一。差分吸收激光雷达探测二氧化硫具有高时空分辨率、高探测精度等优点。用两台Nd：YAG激光器泵浦两台染料激光器后,通过倍频晶体得到测量大气二氧化硫所需的两个波长,它们分别是λon=300.05 nm和λoff=301.5 nm。将两束光束用几组反射镜合为一束光束,经扩束镜6倍扩束后垂直发射进入到大气中。接收望远镜收集两个激光波长的大气后向散射信号,信号采集单元记录两个波长的后向散射回波信号的垂直高度分布。通过数据反演获得二氧化硫的高度分布。初步实验结果表明,实验期间合肥西郊董铺岛垂直高度0.3~1.6 km的二氧化硫在0~14 ppb范围内波动。最后分析并估算了该二氧化硫差分吸收激光雷达的四个主要误差来源。

差分吸收激光雷达测量NO_2浓度的实验研究

介绍了差分吸收激光雷达测量大气中物质成份及浓度的测量原理,并利用差分吸收激光雷达测量了3.5 km内NO2的浓度分布,测量结果表明,使用双通道可调谐的Ti:Sapphire激光器的一组波长(448.2nm和446.8 nm)可以获得比较精确的NO2的浓度随距离的分布。

对流层低层臭氧的差分吸收激光雷达测量

利用紫外差分吸收(DIAL)激光雷达对北京南郊对流层低层臭氧垂直分布进行了测量,将探测结果与探空气球同时测量的结果进行了对比,取得了较为一致的分布趋势。选择北京南郊地区晴好天气探测的结果进行了统计分析,结果表明:近地面层内随高度增加,臭氧体积混合比逐渐减小;距地面0.5～1.5km内平均臭氧体积混合比具有明显的日变化趋势,最大值出现在午后14点左右,相对太阳辐射最强时刻具有明显的滞后性;日平均最大体积混合比低于4×10-8,体积混合比起伏小于±3.2×10-9。

基于差分吸收激光雷达的一种新的对流层臭氧浓度反演算法

差分吸收激光雷达探测对流层臭氧浓度时,气溶胶的干扰会造成较大的误差。提出了一种算法,该算法能够同时反演得到对流层臭氧浓度和气溶胶消光系数,减少气溶胶对反演结果的影响。使用实验数据,分析计算了气溶胶雷达比,气溶胶波长指数、标定点气溶胶后向散射比各种变化参数对反演结果的误差。结果表明,1km以下,各种变化参数造成的反演误差小于8%,1km以上臭氧浓度误差主要来源于信号和背景噪声,各种参数反演误差小于3%。最后给出了利用该算法得到对流层臭氧浓度和气溶胶的消光系数垂直廓线,并和传统的双波长差分算法反演结果作了比较分析。实验结果表明该算法是可行的,该算法可以减少气溶胶对差分吸收激光雷达测量结果引起的误差。

基于差分吸收激光雷达的云消除算法研究

差分吸收激光雷达测量臭氧浓度过程中,云层信号会造成对流层臭氧浓度剧烈的抖动,带来了很大的测量误差.本文提出了一种云消除算法,该算法通过插值云层高度区域内的臭氧浓度,有效消除了对流层臭氧浓度的剧烈抖动.通过阐述其理论基础,给出了其算法关键点,即云信号的识别和云高度的精确定位.根据云层消光系数的特点,通过设定气溶胶消光系数阈值获取云层高度信息,利用累加平均有效减少噪音造成的测量误差.结果表明,在精确确定云高、云底的基础上,运用线性插值算法对臭氧测量结果进行修正,可以有效克服云层对测量结果造成的急剧起伏.

差分吸收激光雷达测量对流层臭氧

利用激光雷达对对流层 2～ 4km高度范围的臭氧分布进行了测量。测量结果表明 ,利用YAG激光器产生的两个波长 (2 6 6nm和 2 89nm) ,可以得到比较精确的臭氧分布。

地基CO2廓线探测差分吸收激光雷达

研制了一台利用气溶胶散射信号的CO_2廓线探测差分吸收激光雷达.系统利用染料激光器实现波长调制,采用双光路气体吸收池,结合Voigt拟合方法实现了脉冲红外激光的高精度定标.针对输出激光带宽较宽的问题,采取仿真实验评估了影响,并设计了基于吸收池的订正因子获取方案.进而,开展了水平、垂直和连续观测实验,通过与地面CO_2分析仪测量值的对比,证明了系统具备优越的精密性和精确性.实验表明,该样机能够俘获CO_2浓度随高程和时间变化而产生的变化.

车载二氧化硫差分吸收激光雷达系统

研制了一套探测低层大气二氧化硫的车载可移动激光雷达系统.该系统选用的差分波长对为300.05nm和301.50nm.光源采用两台Nd…YAG激光器分别泵浦两台窄线宽染料激光器经过倍频来获得.激光经过合束、扩束后与望远镜同轴发射.后向散射信号被近牛顿式望远镜接收后,通过光电倍增管转换为电信号,然后被数据采集卡采集,最后用来反演二氧化硫分布廓线.在淮南地区进行了针对近地面水平探测的外场实验,结果表明,在0.8~3.0km范围内,当晚二氧化硫浓度在20μg·m-3上下波动,气象部门地面仪器结果为18~22μg·m-3,实验结果与仪器结果具有可比性.

国外差分吸收激光雷达探测大气CO2研究综述

差分吸收激光雷达是探测大气CO_2时间和空间分布不可或缺的工具。2.0μm波段Ho:Tm:YLF或Ho:Tm:LuLiF激光器复合外差接收机,1.6μm种子注入的KTP光参量振荡器或参量发生器复合光电倍增管的光子计数技术,可以探测7 km以下对流层大气CO_2混合比的分布。调制连续波种子激光强度、共用1.6μm光纤放大器,以及相关检测技术的使用,积分路径差分吸收激光雷达在大气CO_2柱浓度探测方面具有独特的优点和特色。探测大气二氧化碳柱浓度的空间计划有美国NASA的ASENDS计划,采用脉冲式、积分路径差分吸收工作方式。用CO_2气体吸收池作为参照物,稳定种子光频率和精确控制谐振腔长,锁定发射机的on光源波长,是差分吸收激光雷达探测大气二氧化碳的关键技术。

差分吸收激光雷达探测大气CO_2精度分析

为减小距离差分吸收激光雷达探测大气CO_2浓度的探测误差,理论分析了探测精度,对差分吸收探测系统误差进行了数值分析,对基于1.6μm光纤激光器相干探测CO_2系统进行了仿真计算。结果表明:差分吸收截面越大,空间分辨率越低,回波信噪比越高,气体浓度的探测误差越小。当大气CO_2的差分吸收光学厚度T为0.55时,相干探测系统具有最小误差变化百分比,此时探测精度最高。随着探测高度增大,1.6μm光纤激光相干探测系统精度逐渐降低,在1km高度以内可以探测到34ppm的大气CO_2变化。

CO_2差分吸收激光雷达信号处理

针对CO_2差分吸收激光告警雷达系统,研究累加平均和匹配滤波两种算法.将两种方法进行耦合,结合了各自的优点,使得激光雷达在小信噪比下工作,提高了检测距离,计算出较远距离时,化学物质的 CL浓度值.将该方法应用到 CO_2差分吸收激光告警雷达系统中。通过仿真实验,能有效地去掉噪声和强干扰信号,在保持原信号特征的情况下,较准确地提取出有效的弱信号,计算出化学物质的浓度距离,模拟出测量到某种化学物质.

0.94μm差分吸收激光雷达地基工作的进展

为了更好地探测对流层大气水汽的垂直廓线,对已经建立的935 nm差分吸收激光雷达进行了部分改进。采取双通道接收的措施,近场通道望远镜同时也是发射激光的扩束器,近场通道采用偏振分束器加四分之一波片的方式隔离发射光和回波光,远场通道(主通道)采用平行旁轴的卡塞格林望远镜,从而减小激光雷达近地面盲区;发射机的双波长挪到936.0~936.5 nm之间,增加了注入种子激光的功率,提高发射光谱纯度,从而提高探测精度。探测范围从600~2000 m,延展到250~3000 m,随机误差5%。

差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。

微脉冲差分吸收激光雷达CO_2探测性能研究

为了研究差分吸收激光雷达低空CO2浓度探测效率,分析了探测系统的原理与信噪比,采用近红外微脉冲激光雷达进行了仿真实验,当激光脉冲能量为20μJ、重复频率为10kHz时,推算出信噪比、所需积累时间与探测距离的关系。在不考虑背景噪声情况下(夜间工作),可进行4.5km以下CO2气体浓度的探测;考虑背景噪声情况下(白天工作),只能探测2.4km以下的CO2气体浓度。结果表明,选择夜间探测和更好的探测器件可以提高探测距离。

连续波差分吸收激光雷达探测路径大气CO2平均浓度

大气二氧化碳作为最重要的温室气体之一,它的变化和分布备受关注,差分吸收激光雷达(DIAL)系统是探测大气二氧化碳浓度的重要手段,对于研究温室气体的源和汇具有重要意义。主要研究正弦调制连续波差分吸收激光雷达在水平路径上探测CO2平均浓度,利用HITRAN数据库中CO2及H2O的吸收光谱,综合考虑CO2的吸收截面及H2O的干扰,选择差分吸收激光雷达的工作波长On-line:1 572.335 nm, Off-line:1 572.180 nm;声光调制器取代电光调制器对连续波激光强度进行正弦波调制,两路调制信号频率有细微差别,其中On-line调制频率为101.833 kHz, Off-line调制频率为99.733 kHz;On-line光源激光器通过光谱调制技术将激光频率锁定在气体池吸收峰1 572.335 nm处,并采用在相位调制器上施加直流偏置反馈电压来消除相位调制器的残余幅度调制(RAM),使波长锁定精度大幅提高,激光频率锁定系统实现On-line光源激光器在12小时输出波长均方根误差为0.05 pm;在CPU中实现快速傅立叶变换获取回波光信号和发射监视端激光强度的功率谱,并选择窗函数和频谱校正算法来提高计算精度;通过调制连续波激光强度的正弦波相位鉴别获取路径的长度;系统光路为光纤光路,使其结构紧凑;对系统进行外场实验和对比实验;获取上海市区1.3 km路径上二氧化碳平均浓度,实验数据显示系统观测精度为4 ppm(百万分之一),且探测到的CO2日变化趋势与二氧化碳点探测器LI-7500A探测到的日变化趋势相吻合。