一种一体化环境激光测量系统的制作方法

1.本发明涉及环境激光测量技术领域，特别涉及一种一体化环境激光测量系统。


背景技术：

2.激光环境测量设备中底层架构的核心激光器件出发，采用自下而上设计方法，设计双激光器系统共用同一泵浦激光源的一体化全光纤激光光路，并将光路中三种不同波长的激光合理分配至各个环境测量子模块作为发射光源，将这些子模块从底层架构的激光光路层面有机结合起来，构建一个各环境要素测量的一体化激光测量设备。在这个一体化设备中，实现对水平能见度分布、云底高度和云层厚度、雨滴谱天气现象以及三维风场这些环境要素的测量功能，并进行环境数据的统一采集、存储及输出。
3.在机场、码头等应用场景中，若需要对各个环境要素都进行相应测量，环境要素测量一般是通过建立高大的气象测量塔，将各式各样的气象仪器进行堆叠式整合，使其各自采集数据后再进行汇总，为了准确的测量天气环境因此需要用一种一体化环境激光测量系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种一体化环境激光测量系统，以解决上述背景技术中提出的为了准确的测量天气环境的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体化环境激光测量系统，包括底座，所述底座的顶部安装有防护壳，所述防护壳的底部内壁上安装有电机，所述电机的输出端连接有移动箱，所述移动箱的一侧内壁上固定安装有第一马达，所述第一马达的输出端连接有第一齿轮，所述移动箱的一侧壁上通过轴承安装有第一转杆，所述第一转杆的一端连接有第二齿轮，且所述第二齿轮与第一齿轮之间啮合连接，所述第一转杆的一侧壁上固定安装有激光测风雷达，所述移动箱的内部设置有水平能见度激光发射器与云高测量激光发射器。
6.优选的，所述激光测风雷达的内部设置有泵浦激光a模块、分光器a模块、光纤放大器b模块、光纤放大器a模块、泵浦激光b模块、声光多普勒相干模块、种子激光器b模块、环形器c模块、准直器e模块、功率监测器b模块、扩束器c模块、光学窗口g模块、窗口污染探测器c模块与数据采集板模块，所述泵浦激光a模块与所述分光器a模块之间电性连接，所述分光器a模块与所述光纤放大器b模块之间电性连接，所述光纤放大器b模块分别与所述光纤放大器a模块、所述环形器c模块之间电性连接，所述环形器c模块分别与所述功率监测器b模块、所述声光多普勒相干模块与所述准直器e模块之间电性连接，所述准直器e模块与所述扩束器c模块之间电性连接，所述扩束器c模块与所述光学窗口g模块之间电性连接，所述光学窗口g模块与所述窗口污染探测器c之间电性连接，所述光纤放大器a模块分别与所述泵浦激光b模块、所述声光多普勒相干模块之间电性连接，所述声光多普勒相干模块分别与所述种子激光器b模块、所述数据采集板模块与所述环形器c之间电性连接。
7.优选的，所述水平能见度激光发射器的内部设置分光器b模块、环形器a模块、准直器a模块、扩束器a模块、光学窗口a模块、窗口污染探测器a模块、种子激光器a模块、功率监测器a模块与探测器a模块，所述泵浦激光a模块与所述分光器a模块之间电性连接，所述分光器a模块分别与所述光纤放大器模块和所述环形器a模块之间电性连接，所述环形器a模块分别与准直器a模块、所述功率监测器a模块与所述探测器a模块之间电性连接，所述准直器a模块与所述扩束器a模块之间电性连接，所述扩束器a模块与所述光学窗口a模块之间电性连接，所述光学窗口a模块与窗口污染探测器a模块之间电性连接，所述功率监测器a模块与数据采集板模块之间电性连接，所述数据采集板模块与所述种子激光器a模块之间电性连接，所述种子激光器a模块与所述光纤放大器模块之间电性连接。
8.优选的，所述云高测量激光发射器的内部设置有环形器b模块、准直器b模块、扩束器b模块、光学窗口b模块、窗口污染探测器c模块与电调制驱器模块，所述泵浦激光a模块与所述分光器a模块之间电性连接，所述分光器a模块与所述光纤放大器模块之间电性连接，所述光纤放大器模块分别与所述分光器b模块与所述种子激光器a模块之间电性连接，所述种子激光器a模块与所述环形器b模块之间电性连接，所述环形器b模块分别与所述功率监测器a模块与所述准直器b模块与所述探测器a模块之间电性连接，所述探测器a模块与数据采集板模块之间电性连接，所述准直器b模块与所述扩束器b模块之间电性连接，所述扩束器b模块与所述学窗口b模块之间电性连接，所述学窗口b模块与所述窗口污染探测器c模块之间电性连接。
9.优选的，所述向散射能见度测量发射器的内部分别设置有准直器c模块、光学窗口c模块、光学窗口d模块、接收透镜模块与探测器b模块，所述泵浦激光a模块与所述分光器a模块之间电性连接，所述分光器a模块与所述准直器c模块之间电性连接，所述准直器c模块与所述光学窗口c模块之间电性连接，所述光学窗口c模块与光学窗口d模块之间电性连接，所述光学窗口d模块与所述接收透镜模块之间电性连接，所述接收透镜模块与所述探测器b模块之间电性连接，所述探测器b模块与数据采集板模块之间电性连接。
10.优选的，所述降水天气现象测量发射器的内部分别设置有准直器d模块、光斑整形器模块、光学窗口e模块，光学窗口f模块与探测器c模块，所述泵浦激光a模块与所述分光器a模块之间电性连接，所述分光器a模块与所述准直器d模块之间电性连接，所述准直器d模块与所述光斑整形器模块之间电性连接，所述光斑整形器模块与所述光学窗口e模块之间电性连接，所述光学窗口e模块与所述光学窗口f模块之间电性连接，所述光学窗口f模块与所述探测器c模块之间电性连接，所述探测器c模块与所述数据采集板模块之间电性连接。
11.优选的，所述数据采集板模块分别与所述数据存储模块、所述数据处理模块与所述防火墙模块之间电性连接。
12.优选的，所述移动箱的一侧内壁上固定安装有第二马达，所述第二马达的输出端连接有第三齿轮，所述移动箱的一侧壁上通过转轴连接有第二转杆，所述第二转杆的一端连接有第四齿轮，所述第二转杆远离第四齿轮连接有向散射能见度测量发射器。
13.优选的，所述移动箱的一侧内壁上固定安装有第三马达，所述第三马达的输出端连接有第六齿轮，所述移动箱的一侧壁上通过转轴连接有第三转杆，所述第三转杆的一端连接有第五齿轮，所述第三转杆远离第五齿轮连接有降水天气现象测量发射器。
14.本发明的技术效果和优点：
15.1、通过设置的激光测风雷达，激光测风雷达发射出激光，经过泵浦激光b模块、放大激光光源，再由环形器c模块将三维风场测量模块的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至平衡探测器，声光多普勒相干模块利用内部的平衡探测器实现对拍频信号的测量和采集，使得数据采集板模块对各测量模块探测器转换得到的电信号进行采集及数据处理，从而得到了准确的风场信息。
16.2、通过设置的平能见度激光发射器，平能见度激光发射器发射出激光，经过环形器a模块，将水平能见度分布的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至双通道探测器，再由扩束器a模块与准直器a模块接收后向散射信号的聚焦，探测器a模块接收的后向散射信号进行探测和光电转换，使得数据采集板模块对各测量模块探测器转换得到的电信号进行采集及数据处理，从而得到了准确的能见度测量信息。
17.3、通过设置的云高测量激光发射器，云高测量激光发射器发射出激光，经过环形器b模块将云高测量模块的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至双通道探测器，再由探测器a模块与准直器b模块接收的后向散射信号进行探测和光电转换，扩束器b模块接收后向散射信号的准直，使得数据采集板模块对各测量模块探测器转换得到的电信号进行采集及数据处理，从而得到了准确的云高测量信息。
附图说明
18.图1为本发明整体结构的示意图。
19.图2为本发明移动箱剖视结构的示意图。
20.图3为本发明激光测风雷达剖视结构的示意图。
21.图4为本发明向散射能见度测量发射器剖视结构的示意图。
22.图5为本发明降水天气现象测量发射器剖视结构的示意图。
23.图6为本发明电性连接关系结构的示意图。
24.图中：1、底座；2、防护壳；3、电机；4、激光测风雷达；5、移动箱；6、水平能见度激光发射器；7、云高测量激光发射器；8、第一转杆；9、第一马达；10、第一齿轮；11、第二齿轮；12、第二马达；13、第三齿轮；14、第二转杆；15、向散射能见度测量发射器；16、第四齿轮；17、第三马达；18、第三转杆；19、第五齿轮；20、降水天气现象测量发射器；21、第六齿轮。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提供了如图1-6所示的一种一体化环境激光测量系统，包括底座1，底座1的顶部安装有防护壳2，防护壳2的底部内壁上安装有电机3，电机3的输出端连接有移动箱5，电机3输出轴带动移动箱5进行360旋转，移动箱5的一侧内壁上固定安装有第一马达9，第一马达9的输出端连接有第一齿轮10，移动箱5的一侧壁上通过轴承安装有第一转杆8，第一转杆8的一端连接有第二齿轮11，且第二齿轮11与第一齿轮10之间啮合连接，第一转杆8的一侧壁上固定安装有激光测风雷达4，通过第一马达9输出轴带动第一齿轮10旋转，其次第一
齿轮10旋转同时带动啮合连接的第二齿轮11旋转，从而带动第一转杆8上的激光测风雷达进行180度旋转调节，移动箱5的内部设置有水平能见度激光发射器6与云高测量激光发射器7。
27.在本实施例中，激光测风雷达4的内部设置有泵浦激光a模块、分光器a模块、光纤放大器b模块、光纤放大器a模块、泵浦激光b模块、声光多普勒相干模块、种子激光器b模块、环形器c模块、准直器e模块、功率监测器b模块、扩束器c模块、光学窗口g模块、窗口污染探测器c模块与数据采集板模块，泵浦激光a模块与分光器a模块之间电性连接，分光器a模块与光纤放大器b模块之间电性连接，分光器a模块，将980nm泵浦激光器a的输出激光按功率70％/24％/5.99％/0.01％比例分4份，依此分别传输至1550nm光纤放大器、1064nm光纤放大器、前向散射测量模块发射装置、降水天气现象测量模块发射装置，光纤放大器b模块分别与光纤放大器a模块用于加大激光的功率放大、环形器c模块之间电性连接，环形器c模块分别与功率监测器b模块，环形器c模块，将三维风场测量模块的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至平衡探测器、声光多普勒相干模块与准直器e模块之间电性连接，准直器e模块与扩束器c模块之间电性连接，准直器e模块，将三维风场测量模块单镜筒收发系统的组成部分，实现激光输出光纤后的准直，扩束器c模块与光学窗口g模块之间电性连接，扩束器c，将三维风场测量模块单镜筒收发系统的组成部分，实现1064nm激光准直后的扩束，光学窗口g模块与窗口污染探测器c之间电性连接，光学窗口g模块，用于监测三维风场测量模块的输出光学窗口g的模块窗口污染情况，光纤放大器a模块分别与泵浦激光b模块、光纤放大器a用于激光的功率预放大，声光多普勒相干模块之间电性连接，声光多普勒相干模块分别与种子激光器b模块，利用内部分光器，将激光功率分为2份，分别作为本振光传输至内部的平衡探测器，以及作为种子光传输至模块光纤激光放大器a；调节激光到内部的平衡探测器的光功率；实现输出种子光的频移，并令其调制为脉冲形式；利用内部的2*2耦合器实现本振光和回波信号的拍频；利用内部的平衡探测器实现对拍频信号的测量和采集、数据采集板模块与环形器c之间电性连接，对各测量模块探测器转换得到的电信号进行采集及数据处理，将初步处理的数据信号向上位机进行传输。
28.在本实施例中，水平能见度激光发射器6的内部设置分光器b模块、环形器a模块、准直器a模块、扩束器a模块、光学窗口a模块、窗口污染探测器a模块、种子激光器a模块、功率监测器a模块与探测器a模块，泵浦激光a模块与分光器a模块之间电性连接，分光器a模块分别与光纤放大器模块和环形器a模块之间电性连接，环形器a模块分别与准直器a模块，环形器a，将1064nm激光的部分散射光传输至双通道功率监测器，将水平能见度分布的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至双通道探测器，功率监测器a模块与探测器a模块之间电性连接，功率监测器a，将双通道功率监测器，监测水平能见度分布测量模块、云高测量模块的激光光源功率稳定性，准直器a模块与扩束器a模块之间电性连接，扩束器a模块与光学窗口a模块之间电性连接，光学窗口a模块与窗口污染探测器a模块之间电性连接，光学窗口a模块，将水平能见度分布测量模块的发射装置激光输出以及后向散射信号接收窗口，保护内部光学系统，功率监测器a模块与数据采集板模块之间电性连接，功率监测器a模块用于，将水平能见度分布测量模块单镜筒收发系统的组成部分，实现1064nm激光准直后的扩束，以及接收后向散射信号的聚焦，数据采集板模块与种子激光器a模块之间电性连接，种子激光器a模块与光纤放大器模块之间电性连接。
29.在本实施例中，云高测量激光发射器7的内部设置有环形器b模块、准直器b模块、扩束器b模块、光学窗口b模块、窗口污染探测器c模块与电调制驱器模块，泵浦激光a模块与分光器a模块之间电性连接，分光器a模块与光纤放大器模块之间电性连接，光纤放大器模块分别与分光器b模块与种子激光器a模块之间电性连接，种子激光器a模块与环形器b模块之间电性连接，环形器b模块，将激光的部分散射光传输至双通道功率监测器，将云高测量模块的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至双通道探测器，环形器b模块分别与功率监测器a模块与准直器b模块与探测器a模块之间电性连接，探测器a模块与数据采集板模块之间电性连接，准直器b模块与扩束器b模块之间电性连接，将云高测量模块单镜筒收发系统的组成部分，实现激光输出光纤后的准直，以及接收后向散射信号的聚焦，扩束器b模块与学窗口b模块之间电性连接，扩束器b用于，将云高测量模块单镜筒收发系统的组成部分，实现1064nm激光准直后的扩束，以及接收后向散射信号的准直，光学窗口b模块与窗口污染探测器c模块之间电性连接，光学窗口b模块，将云高测量模块的发射装置激光输出和后向散射信号接收窗口，保护内部光学系统。
30.在本实施例中，向散射能见度测量发射器15的内部分别设置有准直器c模块、光学窗口c模块、光学窗口d模块、接收透镜模块与探测器b模块，泵浦激光a模块与分光器a模块之间电性连接，分光器a模块与准直器c模块之间电性连接，准直器c模块与光学窗口c模块之间电性连接，准直器c模块，实现前向散射测量模块中980nm激光输出光纤后的准直，光学窗口c模块与光学窗口d模块之间电性连接，光学窗口d模块，将前向散射能见度测量模块的发射装置激光输出窗口，保护内部光学系统，光学窗口d模块与接收透镜模块之间电性连接，光学窗口d，将前向散射能见度测量模块接收装置前向散射信号的接收窗口，保护内部光学系统，接收透镜模块与探测器b模块之间电性连接，接收透镜模块，将接收的前向散射信号聚焦至前向散射能见度测量模块的探测器上，接收透镜模块与数据采集板模块之间电性连接，接收透镜模块，对前向散射能见度测量模块接收的前向散射信号进行探测和光电转换。
31.在本实施例中，降水天气现象测量发射器20的内部分别设置有准直器d模块、光斑整形器模块、光学窗口e模块，光学窗口f模块与探测器c模块，泵浦激光a模块与分光器a模块之间电性连接，分光器a模块与准直器d模块之间电性连接，准直器d模块与光斑整形器模块之间电性连接，准直器d模块，实现降水天气现象测量模块中激光输出光纤后的准直，光斑整形器模块与光学窗口e模块之间电性连接，光斑整形器模块，将激光的光斑形貌整形为带状光，光学窗口e模块与光学窗口f模块之间电性连接，光学窗口e，将降水天气现象测量模块的发射装置激光输出窗口，保护内部光学系统，光学窗口f模块与探测器c模块之间电性连接，光学窗口f模块，将降水天气现象测量模块接收装置带状激光信号的接收窗口，保护内部光学系统，探测器c模块与数据采集板模块之间电性连接，探测器c，将带状探测器，对降水天气现象测量模块接收的带状激光信号进行探测和光电转换。
32.在本实施例中，数据采集板模块分别与数据存储模块，用于数据存储、数据处理模块与防火墙模块之间电性连接，防火墙用于防护。
33.在本实施例中，移动箱5的一侧内壁上固定安装有第二马达12，第二马达12的输出端连接有第三齿轮13，移动箱5的一侧壁上通过转轴连接有第二转杆14，第二转杆14的一端连接有第四齿轮16，第二转杆14远离第四齿轮16连接有向散射能见度测量发射器15，通过
第二马达12输出轴第三齿轮13旋转，其次通过第三齿轮13旋转可同时带动啮合连接的第四齿轮16旋转，从而带动第二转杆14一端的向散射能见度测量发射器15，进行360度旋转调节检测角度。
34.在本实施例中，移动箱5的一侧内壁上固定安装有第三马达17，第三马达17的输出端连接有第六齿轮21，移动箱5的一侧壁上通过转轴连接有第三转杆18，第三转杆18的一端连接有第五齿轮19，第三转杆18远离第五齿轮19连接有降水天气现象测量发射器20，通过第三马达17输出轴带动第六齿轮21旋转，其次通过第六齿轮21旋转可同时带动啮合连接的第五齿轮19旋转，从而带动第三转杆18一端的降水天气现象测量发射器20，进行360度旋转调节检测角度。
35.本发明工作原理：本发明为一种一体化环境激光测量系统，首先通过电机3带动移动箱5进行360度旋转，其次可同时带动移动箱5内的水平能见度激光发射器6与云高测量激光发射器7进行360度旋转测量，从而便自动化调节测量，通过泵浦激光a模块发射出激光，在经过环形器a模块，将水平能见度分布的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至双通道探测器，再由扩束器a模块与准直器a模块接收后向散射信号的聚焦，探测器a模块接收的后向散射信号进行探测和光电转换，使得数据采集板模块对各测量模块探测器转换得到的电信号进行采集及数据处理，从而得到了准确的能见度测量信息，通过泵浦激光a模块发射出激光，在经过环形器a模块，将水平能见度分布的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至双通道探测器，再由扩束器a模块与准直器a模块接收后向散射信号的聚焦，探测器a模块接收的后向散射信号进行探测和光电转换，使得数据采集板模块对各测量模块探测器转换得到的电信号进行采集及数据处理，从而得到了准确的能见度测量信息。
36.通过第一马达9带动第一齿轮10旋转，其次第一齿轮10旋转同时带动啮合连接的第二齿轮11与第一转杆8旋转，使得带动激光测风雷达4进行180度旋转，通过泵浦激光a模块发射出激光，在经过泵浦激光b模块、放大激光光源，再由环形器c模块将三维风场测量模块的单镜筒收发系统接收的后向散射信号传输至平衡探测器，声光多普勒相干模块利用内部的平衡探测器实现对拍频信号的测量和采集，使得数据采集板模块对各测量模块探测器转换得到的电信号进行采集及数据处理，从而得到了准确的风场信息。
37.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。