高光譜激光雷達(dá)空氣溫度探測系統(tǒng)定標(biāo)方法及實驗研究
發(fā)布時間:2021-03-02 23:44
空氣溫度是氣象問題研究中極為重要的一個氣象參數(shù)。空氣溫度的準(zhǔn)確測量對研究全球溫室效應(yīng)、氣候調(diào)研、軍事氣象預(yù)測等方面具有深遠(yuǎn)的意義。為了克服常用空氣溫度測量方法易受地面輻射和太陽輻射影響的問題,提出采用激光雷達(dá)掃描散射譜的方法實現(xiàn)空氣溫度的反演。本論文在前期搭建的F-P掃描干涉儀的高光譜激光雷達(dá)溫度探測系統(tǒng)基礎(chǔ)上,完成了高光譜激光雷達(dá)測溫系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定實驗和室內(nèi)定點溫度探測實驗工作。首先以輸出波長為532nm的小型連續(xù)型激光器為光源,完成了 F-P掃描干涉儀的性能參數(shù)定標(biāo)實驗,通過優(yōu)化光路及改變F-P掃描干涉儀的入射角度對F-P掃描干涉儀的半高全寬(FWHM)進(jìn)行了標(biāo)定。實驗還標(biāo)定了 F-P掃描干涉儀的自由光譜范圍(FSR)以及當(dāng)掃描范圍為一個FSR時掃描干涉儀的驅(qū)動電壓幅值大小,以確保干涉儀能夠有效的掃描瑞利-布里淵(Rayleigh-Brillouin)散射譜信號。然后,通過理論計算得到當(dāng)溫度每變化1℃時,F-P掃描干涉儀的透過率譜線將漂移2.1GHz左右,為了進(jìn)一步減小溫度對F-P掃描干涉儀性能的影響,本文對前期所搭建的溫控系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化,采用上位機軟件實時監(jiān)測溫控系統(tǒng)數(shù)據(jù),結(jié)...
【文章來源】:西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】:60 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1實驗系統(tǒng)本意圖??Figure?2-1?Schematic?diagram?of?the?experimental?system??
涉儀作為高光譜激光雷達(dá)分光系統(tǒng)的核心器件,其性能參數(shù)關(guān)乎實驗結(jié)果的??精確性,因此,有必要通過具體的實驗來研宄F-P掃描干涉儀的性能參數(shù),以便為后期的實??驗提供保障。??3.1?F-P掃描干涉儀工作原理??平行平板F-P干涉儀作為髙光譜分光系統(tǒng)中的核心器件己經(jīng)有很長的一段歷史了,但是??由于平行平板F-P干涉儀在生產(chǎn)過程中對于腔鏡的平面度以及腔鏡之間的平行度要求較高,??從而限制了它的推廣使用。1958年,基于多光束干涉原理,有人設(shè)計出了一款共聚焦球面F-??P干涉儀,其光路圖如圖3-1所示,這種干涉儀與普通的平行平板F-P干涉儀相比,工作面??相對較小,因此其鏡面質(zhì)量容易得到保證,共焦腔的腔體結(jié)構(gòu)使得兩個腔鏡間的同軸度要求??不是特別嚴(yán)格,所以,其越來越得到廣泛的應(yīng)用[49]。本課題就是采用共焦腔結(jié)構(gòu)的F-P掃描??干涉儀進(jìn)行實驗研究,接下來將詳細(xì)介紹其工作原理。??I?^?d?J??r?I??I?i??、、-?履?i???―味—??一3??圖3-1共聚焦F-P干涉儀光路??Figure?3-1?Optical?path?of?confocal?F-P?interferometer??從圖3-1中可以看出,共聚焦球面F-P掃描干涉儀是一種多光束干涉裝置,其由兩塊曲??率半徑相等、鏡面鍍高反膜的球面反射鏡組成諧振腔腔體,壓電陶瓷固定在其中一片腔鏡中,??以平行于腔體光軸、高度為H的光線進(jìn)入腔體會形成三角形的八字圖案穿過空腔,從腔體內(nèi)??部光跡可以看出,光線從腔鏡內(nèi)反射了四次后出射,與傳統(tǒng)的平平腔相比,通過空腔的總往??返路徑為4J而不是24所以,相鄰兩光束的光程差如式(3-1)所示。??A?—
?F-P擔(dān)描干涉儀性能參數(shù)標(biāo)定方法與實驗???圖3-2?F-P掃描干涉儀實物圖??Figure?3-2?F-P?scanning?interferometer?physical?map??在前期的實驗仿真工作的基礎(chǔ)上_,綜合多種實驗因素的影響,本課題選用索雷博公司??生產(chǎn)的型號為SA210-3B的掃描干涉儀,其實物圖如圖3-2所示,其參數(shù)表見表3-1。??表3-1?F-P掃描干涉儀參數(shù)表??Table?3-1?F-P?scanning?interferometer?parameter?table??參數(shù)名稱?參數(shù)值??型號?SA210-3B??分辨率?67MHz??自由光譜范圍?10GHz??響應(yīng)波段?350-535nm??腔長?7.5mm??3.2?F-P干涉儀性能參數(shù)定標(biāo)實驗系統(tǒng)??F-P掃描干涉伩作為分光系統(tǒng)的精細(xì)分光器件,其參數(shù)的穩(wěn)定性對實驗結(jié)果有著決定性??作用,由于這一款掃描干涉儀是通過控制箱施加鋸齒波電壓來達(dá)到掃描光譜信息的目的,而??控制箱施加的鋸齒波電壓幅值與F-P掃描干涉儀的掃描范圍有著重要的關(guān)系。掃描干涉儀的??控制箱實物圖及輸出鋸齒波譜型示意圖如圖3-3所示。??^?1?w??內(nèi)[-vir>?ilvKynl3sh'?????JV??SCAN?CONTROLS?I?I?^??’?v?4?j?,??-^?a;??—i。,6?--)—|?^I—;-?廠??K?1?°?|?|?-Ws?-J5i?-Hi?41?表?H?Uf??!?8???I?PIMWi?P;phpL。茫保?PBrtphlOl?PIcvodStI???dNC3
本文編號:3060177
【文章來源】:西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】:60 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1實驗系統(tǒng)本意圖??Figure?2-1?Schematic?diagram?of?the?experimental?system??
涉儀作為高光譜激光雷達(dá)分光系統(tǒng)的核心器件,其性能參數(shù)關(guān)乎實驗結(jié)果的??精確性,因此,有必要通過具體的實驗來研宄F-P掃描干涉儀的性能參數(shù),以便為后期的實??驗提供保障。??3.1?F-P掃描干涉儀工作原理??平行平板F-P干涉儀作為髙光譜分光系統(tǒng)中的核心器件己經(jīng)有很長的一段歷史了,但是??由于平行平板F-P干涉儀在生產(chǎn)過程中對于腔鏡的平面度以及腔鏡之間的平行度要求較高,??從而限制了它的推廣使用。1958年,基于多光束干涉原理,有人設(shè)計出了一款共聚焦球面F-??P干涉儀,其光路圖如圖3-1所示,這種干涉儀與普通的平行平板F-P干涉儀相比,工作面??相對較小,因此其鏡面質(zhì)量容易得到保證,共焦腔的腔體結(jié)構(gòu)使得兩個腔鏡間的同軸度要求??不是特別嚴(yán)格,所以,其越來越得到廣泛的應(yīng)用[49]。本課題就是采用共焦腔結(jié)構(gòu)的F-P掃描??干涉儀進(jìn)行實驗研究,接下來將詳細(xì)介紹其工作原理。??I?^?d?J??r?I??I?i??、、-?履?i???―味—??一3??圖3-1共聚焦F-P干涉儀光路??Figure?3-1?Optical?path?of?confocal?F-P?interferometer??從圖3-1中可以看出,共聚焦球面F-P掃描干涉儀是一種多光束干涉裝置,其由兩塊曲??率半徑相等、鏡面鍍高反膜的球面反射鏡組成諧振腔腔體,壓電陶瓷固定在其中一片腔鏡中,??以平行于腔體光軸、高度為H的光線進(jìn)入腔體會形成三角形的八字圖案穿過空腔,從腔體內(nèi)??部光跡可以看出,光線從腔鏡內(nèi)反射了四次后出射,與傳統(tǒng)的平平腔相比,通過空腔的總往??返路徑為4J而不是24所以,相鄰兩光束的光程差如式(3-1)所示。??A?—
?F-P擔(dān)描干涉儀性能參數(shù)標(biāo)定方法與實驗???圖3-2?F-P掃描干涉儀實物圖??Figure?3-2?F-P?scanning?interferometer?physical?map??在前期的實驗仿真工作的基礎(chǔ)上_,綜合多種實驗因素的影響,本課題選用索雷博公司??生產(chǎn)的型號為SA210-3B的掃描干涉儀,其實物圖如圖3-2所示,其參數(shù)表見表3-1。??表3-1?F-P掃描干涉儀參數(shù)表??Table?3-1?F-P?scanning?interferometer?parameter?table??參數(shù)名稱?參數(shù)值??型號?SA210-3B??分辨率?67MHz??自由光譜范圍?10GHz??響應(yīng)波段?350-535nm??腔長?7.5mm??3.2?F-P干涉儀性能參數(shù)定標(biāo)實驗系統(tǒng)??F-P掃描干涉伩作為分光系統(tǒng)的精細(xì)分光器件,其參數(shù)的穩(wěn)定性對實驗結(jié)果有著決定性??作用,由于這一款掃描干涉儀是通過控制箱施加鋸齒波電壓來達(dá)到掃描光譜信息的目的,而??控制箱施加的鋸齒波電壓幅值與F-P掃描干涉儀的掃描范圍有著重要的關(guān)系。掃描干涉儀的??控制箱實物圖及輸出鋸齒波譜型示意圖如圖3-3所示。??^?1?w??內(nèi)[-vir>?ilvKynl3sh'?????JV??SCAN?CONTROLS?I?I?^??’?v?4?j?,??-^?a;??—i。,6?--)—|?^I—;-?廠??K?1?°?|?|?-Ws?-J5i?-Hi?41?表?H?Uf??!?8???I?PIMWi?P;phpL。茫保?PBrtphlOl?PIcvodStI???dNC3
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