专利名称：近红外激光车载雨雾探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于监测技术领域，涉及一种探测雨雾的装置。
背景技术：
车辆在行驶过程当中，遭遇突发雨、雾等恶劣气候环境时，由于大气透过率较低， 人眼或其他被动成像探测设备均无法发挥作用，驾驶员不能提前预知前方雨、雾环境，导致车祸事件的发生机率大幅上升。激光通过大气传输，在经过的区域内由于存在大量大气悬浮粒子，会对激光进行散射，接受系统接收大气的透射或后向散射激光能量，就可以根据接收能量的强弱反映不同气候条件下的大气能见度变化。根据结构形式可分为透射式和反射式两类系统。常用仪器大都采用透射式原理，它检测的是光波因大气微粒的消光衰减的光强。 其优点是采样体积大、在雾滴引起的能见度条件下测量结果较为准确。但是仪器占地面积大，需要经常维护，发射与接收装置距离远，发射端一侧无法及时得知探测结果，并且不能在移动条件下探测，局限性很大。反射式系统将发射和接收端组合在一个系统内，接收端接收经探测目标反射或散射返回的回波信号，使透射仪器转变成单端收发方式，该方式也称为“折叠基线式”或“单端式”。反射式系统体积�。峁辜虻ィ凳狈从程讲饨峁欣诔翟赜τ�。反射式激光发射接收系统由发射器和接收器构成，发射器包括激光器，接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器。如激光气象雷达是典型的反射式结构，可以探测大气的后向散射信号，测量大气能见度变化。但激光气象雷达的激光发射功率高，接收系统复杂，制造成本极高；由于系统体积大、重量重，不能应用于普通车辆移动探测，只能由特种车辆运输至某一特定地点固定探测；并且激光气象雷达对远近距离的散射回波信号同时响应，不能滤除近处目标的散射干扰，无法应用于复杂路况。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种近红外激光车载雨雾探测器。本实用新型解决技术问题的方案是采用发射器和接收器构成，发射器包括激光器，接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器，激光器为半导体激光器，工作波段为808nm、880nm、940nm或980nm，功率为1W，发散角1. 5mrad,在激光器前端装有扩束器，扩束器为8-16倍扩束光学系统，在聚焦透镜与光电探测器之间安装有视场光阑，视场光阑在聚焦透镜的焦点处，视场光阑与光电探测器之间安装有窄带滤光片，窄带滤光片中心波长与激光器工作波段对应，光电探测器为硅二极管探测器，发射器和接收器同一方向并排放置。为了防止前方车辆的反射光直接进入接收系统，将发射器和接收器的前端向上倾斜一定角度Θ，可得到如下关系tan(e) =H/S，S是距前车距离，H是前车高度。[0011]工作时，发射器发出激光，反射回接收器，为了实现远距离探测的目的，要求激光器功率较大、发散角较�。悸堑匠翟赜τ没肪常捎锰寤舸�、性能稳定的半导体激光器， 工作波段980nm，功率为1W，发散角1. 5mrad。弱光探测器接收激光的大气后向散射将光信号转化为电信号，弱光探测器接收的光子数较少，产生的电信号较弱，需要对电信号进行放大，再输出到数据采集系统进行阈值标定，通过阈值标定，反应不同气候状况对后向散射回波的影响，来判定前方行驶环境的恶劣程度。由于车载探测的特殊应用环境，要求激光光束单位面积能量低于人眼安全阈值， 激光器发出的光束口径较小，在激光器后加入8-16倍扩束光学系统，增大光束口径，减小单位面积能量，使其低于人眼安全阈值。弱光探测器感光面积有限，为了收集更多信号光能量，在探测器前放置聚焦光学系统，将探测器感光面置于聚焦光学系统焦点附近，大大提高了弱光探测器的探测能力。弱光探测器感光波段为500nm llOOnm，太阳光谱中这些波长的光线都能够被探测器收集，这些非信号光会干扰雨雾探测器的探测结果。在聚焦光学系统中加入中心波长 980nm的窄带滤光片滤除太阳光谱中除980nm外其他波段的干扰，但仍存在太阳光谱980nm 波长光线产生的噪声。为了区分信号光与噪声光，对发射激光进行调制，调制频率20kHz，同时接收系统放大电路采用调制放大，调制频率与激光器调制频率相同，即只对发射激光在大气中的后向散射信号放大，避免太阳光谱干扰。发射激光打在近处车辆、树木等物体上产生的散射信号被接收系统接收会造成系统的误警，如何解决这一问题是车载雨雾探测的难点。本专利采用分立式交角测量探测技术，解决了这一技术难题，具体实现方法为发射端与接收端分别位于车身两侧；发射端激光束发散角为1.5mrad，根据扩束原理，发散角与光束扩束口径成反比，经10倍扩束器扩束后，发散角为0. 15mrad，可以近似为平行光束发射；接收端光学系统视场较�。⑸浼す庥牍庋低呈映〗换闱蚓嗬肫滴�50m，由于只有交汇区域内的回波信号才能用被接收端采集，因此，交汇区域外到车头位置的50m范围内的所有虚警信号回波将被有效屏蔽。同时这个系统采用一定仰角的斜程收发，避免由于近距离目标高强度回波所引起的虚警。以此来实现50m-500m的有效探测距离。由于该产品对工作条件要求较低且成本低廉，适用于装备中高档轿车及大型运输车辆，可有效降低交通事故发生机率，有效保护国家及人民财产安全。本实用新型提出了一套车载雨雾探测系统，采用激光大气后向散射探测技术，实现车辆在行驶中对突发雨、雾等恶劣天气环境变化的自动告警，根据激光大气光学传输理论，选取对其他驾驶者无干扰、大气透过率较高的近红外波段激光器作为主动探测源，并利用性能稳定、成本较低的硅光电二极管作为弱光探测器，对激光大气后向散射信号进行探测，性能安全可靠。
图1为分立式交角测量原理图；图2为扩束器剖视图；图3为接收系统剖视图；图4为斜程探测示意图。
具体实施方式
例1、本实用新型由发射器1和接收器2构成，发射器1包括激光器，接收器2包括光学系统镜筒7、聚焦透镜8、光电探测器9、信号放大电路10和处理显示器11，激光器为半导体激光器，工作波段为808nm，功率为1W，发散角1. 5mrad，在激光器前端的发射器1上装有扩束器3，扩束器3为10倍扩束光学系统，在聚焦透镜8与光电探测器9之间安装有视场光阑5，视场光阑5在聚焦透镜8的焦点处，视场光阑5与光电探测器9之间安装有窄带滤光片6，窄带滤光片6中心波长为808nm，光电探测器9为硅二极管探测器，发射器1和接收器2同一方向并排放置，发射器1和接收器2分别安装在汽车左前大灯和右前大灯内，起始探测距离为50m，视场光阑5限制的光学系统视场角为4. 1°，发射器1和接收器2的前端向上倾斜角度为5. 7°。例2、本实用新型由发射器1和接收器2构成，发射器1包括激光器，接收器2包括光学系统镜筒7、聚焦透镜8、光电探测器9、信号放大电路10和处理显示器11，激光器为半导体激光器，工作波段为980nm，功率为1W，发散角1. 5mrad，在激光器前端的发射器1上装有扩束器3，扩束器3为16倍扩束光学系统，在聚焦透镜8与光电探测器9之间安装有视场光阑5，视场光阑5在聚焦透镜8的焦点处，视场光阑5与光电探测器9之间安装有窄带滤光片6，窄带滤光片6中心波长为980nm，光电探测器9为硅二极管探测器，发射器1和接收器2同一方向并排放置，发射器1和接收器2分别安装在汽车左前侧和右前侧，起始探测距离为100m，视场光阑5限制的光学系统视场角为2. 1°，发射器1和接收器2的前端向上倾斜角度为5°。例3、本实用新型由发射器1和接收器2构成，发射器1包括激光器，接收器2包括光学系统镜筒7、聚焦透镜8、光电探测器9、信号放大电路10和处理显示器11，激光器为半导体激光器，工作波段为880nm，功率为1W，发散角1. 5mrad，在激光器前端的发射器1上装有扩束器3，扩束器3为8倍扩束光学系统，在聚焦透镜8与光电探测器9之间安装有视场光阑5，视场光阑5在聚焦透镜8的焦点处，视场光阑5与光电探测器9之间安装有窄带滤光片6，窄带滤光片6中心波长为880nm，光电探测器9为硅二极管探测器，发射器1和接收器2同一方向并排放置，发射器1和接收器2分别安装在汽车左前大灯和右前大灯内，起始探测距离为150m，视场光阑5限制的光学系统视场角为1. 4°，发射器1和接收器2的前端向上倾斜角度为5. 7°。
权利要求1.一种近红外激光车载雨雾探测器，由发射器和接收器构成，发射器包括激光器，接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器，其特征在于激光器为半导体激光器，工作波段为808nm、880nm、940nm或980nm，功率为1W，发散角1. 5mrad，在激光器前端装有扩束器，扩束器为8-16倍扩束光学系统，在聚焦透镜与光电探测器之间安装有视场光阑，视场光阑在聚焦透镜的焦点处，视场光阑与光电探测器之间安装有窄带滤光片，窄带滤光片中心波长与激光器工作波段对应，光电探测器为硅二极管探测器，发射器和接收器同一方向并排放置。
2.根据权利要求1所述的近红外激光车载雨雾探测器，其特征在于激光器工作波段为 980nm。
3.根据权利要求1所述的近红外激光车载雨雾探测器，其特征在于扩束器为10倍扩束光学系统。
4.根据权利要求1所述的近红外激光车载雨雾探测器，其特征在于发射器和接收器的前端向上倾斜。
专利摘要一种近红外激光车载雨雾探测器，属于监测技术领域，采用发射器和接收器构成，发射器包括激光器，接收器包括聚焦透镜、光电探测器、信号放大电路和处理显示器，在激光器前端装有扩束器，在聚焦透镜与光电探测器之间安装有视场光阑，视场光阑与光电探测器之间安装有窄带滤光片，窄带滤光片中心波长与激光器工作波段对应。本实用新型采用激光大气后向散射探测技术，实现车辆在行驶中对突发雨、雾等恶劣天气环境变化的自动告警。
文档编号G01N21/53GK202330281SQ20112044235
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者谢天鸽 申请人:谢天鸽
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
