专利名称：一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学望远镜系统，特别是一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，主要应用在激光和遥感领域。
背景技术：
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，它向目标发射探测信号(激光束)，然后将接受到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，通过适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。光学望远镜主要用于接收激光雷达发射激光被目标物散射回来的回波信号，并聚焦到接收光学系统中，因此望远镜口径越大，接收到的回波信号越多，能量越强，越有利于信号分析。而激光雷达发射激光的能量也是与望远镜的口径大小存在一定关系发射激光能量小时，可通过增加望远镜口径来增强回波信号；望远镜口径小时，可以通过增加发射激光的能量来增强回波信号。激光雷达光学望远镜就成了激光雷达设计的关键因素，光学望远镜系统具有大口径、轻重量、高波前质量的特性。通常激光雷达需要全天候进行观测， 以测量探测对象的季节性实时性变化，这样光学望远镜作为激光雷达的一部分用于接收大气后向散射信号，长期直接与大气接触，光学望远镜系统内的望远镜表面容易沉积灰尘、霜 Mo为了保证光学望远镜系统的接收效率，保证光学望远镜表面的洁净、干燥也成了首要问题。现有通常采用的方法是在望远镜表面加装一块光学防护镜片，并将光学望远镜系统放置在通风和少尘的地方，这样可以通过清洁光学防护镜片的表面来清洁望远镜。光学防护镜片的口径要与光学望远镜的口径相同、其加工精度要与光学望远镜表面相当，特别是对于相干激光雷达而言，通常需要达到纳米级的工作波长。目前采用的加装防护镜片的方法有以下几个方面的缺陷第一，由于光学防护镜片的要求也非常高，这将加倍整个激光雷达系统的制造成本。第二，对于大口径的光学望远镜，主镜可以无形变安装，但光学防护镜片需要安装在望远镜的桶口，难以控制器形变对波前的影响，从而影响光学望远镜的接收效率。第三，光学望远镜口径越大，光学防护镜片口径越大、质量越大，不仅拆卸不方便，清洗也不方便，在清洗过程中灰尘颗粒会夹杂在擦拭物与光学表面之间，容易造成划伤。第四，在霜冻天气或凌晨时候，防护镜片表面容易形成霜冻或凝结露水，而水滴会溶解灰尘之中的可溶物，使尘�？帕Ｓ氩ＡП砻嬷湫纬伞把吻拧保黾映灸讯龋宜旧硪嗫赡苋苡猩倭康挠泻ξ镏剩圆ＡП砻嬖斐汕嵛⒌那质�。 第五，即使是安装防护镜片，也不一定能保证望远镜表面没有灰尘。望远镜不可避免的污染当属灰尘，空气中悬浮的尘埃粒子是带有电荷的粒子，它将对其遇到的任何静电场起反应。由于望远镜表面长期暴露在空气中，与空气中气体摩擦而产生静电，带电尘埃被具有不同极性的望远镜带电表面所吸附。如果尘埃或者望远镜表面二者之中一个是绝缘体，在碰撞时尘埃将不会被中和而吸附于望远镜表面。因此我们采用静电除尘的方法，先中和尘埃粒子的电荷，使望远镜表面对其不再有吸附作用，气流再将尘埃粒子吹出。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，该系统可以使望远镜直接暴露在空气中工作，提高望远镜的探测效率， 而且可以抵抗微弱的振动，提高光学激光雷达在特殊气候条件下的适应能力。本发明的技术解决方案一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，包括 望远镜空气压缩机、储气罐、过滤器、冷干机、高压发生器、环形离子风嘴；在望远镜的桶上方的数个对称方向分别安装环形离子风嘴，通过高压发生器将经过环形离子风嘴的高压气流电离，产生大量正负离子并随气流沿望远镜的桶壁迅速吹向望远镜，贴近望远镜弧形表面，并集中在望远镜中心，最终形成均勻、稳定向上的气流，在此过程中中和了望远镜上所积累的静电电荷，同时向上的高速离子气流将静电吸引的尘粒吹出，并阻止其再次吸引尘埃粒子；环形离子风嘴输出的高压气流一定要是高度压缩了的洁净干燥的气体，否则会对望远镜表面产生二次污染，由洁净干燥装置产生的干洁空气作为环形离子风嘴的电离气体。所述洁净干燥装置包括空气压缩机、储气罐、过滤器、冷干机；空气压缩机、储气罐、初级过滤器、冷干机、多级过滤器和环形离子风嘴之间均采用排气管连接，用于控制气流的流向；储气罐和环形粒子风嘴之间连接的排气管设有第一阀门，储气罐和过滤器之间设有第二阀门，过滤器和环形离子风嘴之间设有第三阀门，正常情况下关闭第一阀门，气体依次经过各个器件，当气体已经非常干洁时，直接打开第一阀门，关闭第二阀门和第三阀门，直接将储气罐连接环形离子风嘴。本发明原原理在望远镜桶上方的数个对称方向分别安装离子风嘴，安装位置如图3所示，通过高压发生器将经过离子风嘴的高压气流电离，产生大量正负离子并随气流沿望远镜桶壁迅速吹向望远镜，贴近望远镜弧形表面，并集中在望远镜中心，最终形成均勻、稳定向上的气流，如图4所描述的离子风气流方向。在此过程中中和了望远镜上所积累的静电电荷，同时向上的高速离子气流将静电吸引的尘粒吹出，并阻止其再次吸引尘埃粒子，离子风嘴输出的高压气流一定要是高度压缩了的洁净干燥的气体，否则会对望远镜表面产生二次污染，由空气压缩机提供压缩空气，然后已输出的高度压缩气体需要进行平稳、 过滤和干燥处理，依次经过储气罐、初级过滤器、冷干机、多级过滤器，最后输出的干洁空气便可作为离子风嘴的电离气体。采用空气压缩机具有含油量较小、渗漏量小的特点，为了适用于车载激光雷达系统设计，设计时还需要选用具有振动小、受车载平台的影响小的的空气压缩机；为了防止秋冬季节户外工作霜冻对系统的影响，可根据需要设置冷干机的出气温度。本发明与现有的技术相比的优点在于(1)本发明去除了传统光学望远镜的光学防护镜片，可以使望远镜直接暴露在空气中工作，提高望远镜的探测效率，而且可以抵抗微弱的振动，提高光学激光雷达在特殊气候条件下的适应能力。(2)本发明设计的光学望远镜系统将望远镜直接暴露于大气中，消除了光学防护镜片对光波的影响，从而提高了望远镜的接收效率。(3)本发明利用静电除尘原理，无需直接与望远镜接触，避免对望远镜造成损伤。(4)本发明设定了离子风的温度，避免因温度变化而对望远镜光学性能造成影响， 以及防止望远镜表面霜露的凝结。(5)本发明所采用的器件均安装简易、操作方便，节约了制造成本，且具有抗震性好、运行稳定、结构紧凑的特点，可用于地基、车载、机载的激光雷达系统。
图1为本发明的结构组成示意图；图2为本发明的结构连接示意图；图3为本发明的环形离子风嘴正视图和俯视图；图4为本发明的气流方向示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明包括望远镜13、环形离子风嘴9、高压发生器10和洁净干燥装置。在望远镜13的桶上方的数个对称方向分别安装环形离子风嘴9，高压发生器10与环形离子风嘴9连接，通过高压发生器10将经过环形离子风嘴9的高压气流电离，产生大量正负离子并随气流沿望远镜的桶壁迅速吹向望远镜13，贴近望远镜13弧形表面，并集中在望远镜13中心，最终形成均勻、稳定向上的气流。洁净干燥装置产生的干洁空气作为环形离子风嘴的电离气体。如图2所示，本发明实施例的洁净干燥装置包括第一空气压缩机1、第二空气压缩机2、储气罐3、初级过滤器5、冷水机6、第二过滤器7、第三过滤器8 ；排气管依次连接第一空气压缩机1、第二空气压缩机2、储气罐3、初级过滤器5、冷水机6、第二过滤器7、第三过滤器8、环形离子风嘴9，用于在特殊情况下来控制气流的流向。储气罐3和环形粒子风嘴 9之间连接的排气管设有第一阀门4，储气罐3和初级过滤器5之间设有第二阀门11，第三级过滤器8和环形离子风嘴之间设有第三阀门12，正常情况下关闭第一阀门4，气体依次经过上述各个器件，当气体已经非常干洁时，直接打开第一阀门4，关闭第二阀门11和第三阀门12，直接将储气罐3连接环形离子风嘴9，环形离子风嘴9置于望远镜桶口之上，其连接方式如图3所示，可以根据需要的压缩空气的程度来设定空气压缩机的类型和数量，可以根据空气质量来设定过滤器的级数和个数(本实施例采用三级)，可以根据望远镜系统周边环境设定冷干机出气温度，也可根据望远镜大小和环形离子风嘴9的电离强度来确定环形离子风嘴的个数(图中为10个)，至此整个直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统建立。
权利要求
1.一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，其特征在于包括望远镜、环形离子风嘴、高压发生器和洁净干燥装置；在望远镜的桶上方的数个对称方向分别安装环形离子风嘴，高压发生器与环形离子风嘴连接，通过高压发生器将经过环形离子风嘴的高压气流电离，产生大量正负离子并随气流沿望远镜的桶壁迅速吹向望远镜，贴近望远镜弧形表面，并集中在望远镜中心，最终形成均勻、稳定向上的气流；所述洁净干燥装置产生的干洁空气作为环形离子风嘴的电离气体。
2.根据权利要求1所述的直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，其特征在于所述洁净干燥装置包括空气压缩机、储气罐、过滤器、冷干机；空气压缩机、储气罐、初级过滤器、冷水机、多级过滤器和环形离子风嘴之间均采用排气管连接，用于控制气流的流向；储气罐和环形粒子风嘴之间连接的排气管设有第一阀门，储气罐和过滤器之间设有第二阀门，过滤器和环形离子风嘴之间设有第三阀门，正常情况下关闭第一阀门，气体依次经过各个器件，当气体已经非常干洁时，直接打开第一阀门，关闭第二阀门和第三阀门，直接将储气罐连接环形离子风嘴。
全文摘要
一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统包括望远镜、环形离子风嘴、高压发生器和洁净干燥装置；在望远镜的桶上方的数个对称方向分别安装环形离子风嘴，高压发生器与环形离子风嘴连接，通过高压发生器将经过环形离子风嘴的高压气流电离，产生大量正负离子并随气流沿望远镜的桶壁迅速吹向望远镜，贴近望远镜弧形表面，并集中在望远镜中心，最终形成均匀、稳定向上的气流；洁净干燥装置产生的干洁空气作为环形离子风嘴的电离气体。本发明可以使望远镜直接暴露在空气中工作，提高望远镜的探测效率，而且可以抵抗微弱的振动，提高光学激光雷达在特殊气候条件下的适应能力。
文档编号G01S7/481GK102269865SQ20111020130
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者夏海云, 孙东松, 王晶晶, 窦贤康, 胡冬冬, 舒志峰, 薛向辉, 陈廷娣 申请人:中国科学技术大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
