臭氧探测激光雷达光学接收系统设计研究

科技创新导报

2019 NO.33

Science and Technology Innovation Herald

工业技术

DOI：10.16660/.1674-098X.2019.33.054

臭氧探测激光雷达光学接收系统设计研究

张青松

(安徽蓝盾光电子股份有限公司 安徽铜陵 244000)

①

摘 要：随着社会经济发展，以个人思想状况 及人们生活水平的不断提高，人们在追求物质享受的同时，忽视了对环境的保护，臭氧层

破坏现象严重，臭氧污染真实存在，随着PM2.5指数的上升，国家在大力推动雾霾治理的情况下，也逐渐开始重视臭氧污

染，不断探索臭氧探测技术，尖椒肥肠的做法 借助激光雷达优势，启动光学监测网的建设。基于此，本文主要从臭氧的危害出发，通过分析

臭氧探测技术现状，旨在探讨激光雷达光学接收系统的设计。

关键词：臭氧探测 激光雷达 光学接收系统

中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)11(c)-0054-02

随着社会生活环境的恶化，目前，大气中臭氧浓度的变新宠的微型空气站中安装的臭氧传感器，一种是近虾家常做法 两年新

化对气候环境带来的危害已经引起相关部门的注意，人们发展起来的高大上仪器臭氧激光雷达。

也开始意识到臭氧空洞对其社会生活造成的影响，由此增

加了人们对臭氧研究的兴趣。臭氧作为光化学烟雾形成的

重要污染物之一，清炒油麦菜的做法 对人们的生产生活带来极大影响，给人

们的身体健康带来极大隐患。因此，当前解决重视臭氧污

染，加强臭氧探测须得到相关部门的高度重视，本文旨在

分析臭氧探测激光雷达光学接收系统的设计研究。

2 臭氧探测技术现状

资料表明，从全球范围来看，对流层中的抽样浓度有

增加的趋势，预示着臭氧增加影响气候和环境，从而加重

大气污染，对人们的身体健康带来极为不利的影响，在随

着人们对臭氧污染的愈加重视，相关检测技术也应运而

生，这给探测人员带来了一定的希望。但在对流层中，臭氧

含量较高，这给探测工作带来了不小的难度，再加上现阶

段，对臭氧探测无相对成熟的探测技术，这就需要相关研臭氧是由光化学烟雾形成的污染物，其极大的影响着

究人员成个人与国家的关系 立专门的调查研究小组，开始着手与近地面大气人们的身体健康，研究表明，当每立平方米不流通空气中

中臭氧浓度的变化，并做好记录，在这些研究中普遍采用的臭氧浓度达到0.1mg之时，人的喉咙，鼻腔等器官都会受

的是紫外吸收法和化学发光法。到轻微的刺激；而当浓度达到0.2mg/m之时，眼睛会有刺

随着社会经济发展，科学技术的进步，我国致力于研痛感呼吸道的疾病也会明显加剧，从而引发肺水肿等疾

究臭氧探测等问题，不断研究臭氧探测新方法，发展红外病。早在几年前，人类社会就要面对一个现实：臭氧层正

激光差分吸收技术，以方便对近地面大气中臭氧含量的探在被破坏，如果这个现状一直持续，它就会逐渐失去阻挡

测，其主要是借助CO的吸收作用，在研制双波长的CO的紫外线和保护生灵的功能，而当它在对流层过度聚集，会

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基础上，加强对臭氧含量的探测，并做好实时记录，记录使得叶子氧化，危害人和动物的呼吸系统。所以，看似强

结果与之前传统探测方法探测的臭氧含量数据更加准确，大的臭氧只要超过标准的上限，就会对世界万物都造成不

技术更加成熟。在实际应用中表明，该吸收技术具有较好可规避的损害。

高的灵敏度，能随大气中臭氧含量的变化而变化，灵活性随着臭氧污染的日益恶化，人们开始注意到臭氧污染

较强，对于近地面大气中的抽样检测来讲，是一项非常有带来的负面影响，臭氧污染治理成为国家治理环境污染的

前景的技术。重点。一种污染物被重视，很重要的一个标志就是会出现

1 臭氧的危害

各种监测技术，从而实现多时间、多空间尺度的监测，在

大气臭氧监测领域，目前有四种主要的方法，一种是逐渐

被淘汰但仍有所应用的长光程吸收光谱仪，一种是常规空

气站安装的紫外吸收原理的臭氧分析仪，一种是成为市场

3 臭氧探测激光雷达光学接收系统的设计

3.1 设计目标

接收光学系统是尽可能的将反射光目标进行全部收

集，最终将其整理汇聚到探测器的光敏面上，方便监测人

图1 单透镜结构参数

(下转56页)

①作者简介：张青松（1983，10—），男，汉族，安徽合肥人，硕士，研究方向：精密仪器系统设计，大气探测技术研究。

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与出现位置都应该加装防雷隔离箱设施，其中也要装置上另外要重视线路屏蔽环节。在线缆选择时，应该右脑记忆法 选择具有

浪涌保护器设备，有效规避感应雷的出现。金属屏蔽层的电缆，另外还要穿金属管展开敷设作业。在

2.2.2升压站房的防雷设计防雷区中，线缆的金属屏蔽层以及金属管需要确保与等电

110kA的升压站需要设置独立接闪针，除此之外，在建筑位电气有效连接。

物的女儿墙之上要加装接闪带；在升压站110kA的两边应该（3）维护过电流与电压。

装置氧化锌避雷装置，从而起到减少雷电侵入波过电压；升雷击电磁脉冲会产生过电压与过电流，而过电压与过

压站应该根据复合接地网展开科学设计，水平接地体应该设电流会通过入户线路直接进入至室内，进而容易对光伏太

计成网格状。整体工作站接地、保护接地与接闪针都可以使阳能发电设备造成损害影响，为此针对光伏发电装置的线

用相同的接地网，将接地电阻控制在不超于1。缆应该配置多级防浪涌保护设备，以此起到防止雷电感应

的作用。在太阳能电池板输出控制器线路之上，也就是在

入户位置装置电源浪涌保护器设备，此浪涌保护器设备内

部主要以差模滤波器设备为主，其目的就位为了抑制线路

上传导电磁的干扰影响。由于逆变器、控制器价格较高，为

了有效地对这些装置进行保护，节约成本，需要将二级电

源浪涌保护器装置安置在控制器与逆变器当中，以此避免

其受到雷击影响。

2.2 升压站房的设计应用

2.2.1机房防雷的设计应用

针对光伏太阳能发展站控制机房而言，不仅要起到防

止直击雷击的作用，还要有效避免雷电电磁脉冲问题。为

此，设备装置与控制机房的防雷与接地应该满足相应的要

求标准。针对控制机房雷电电磁脉冲破坏性较大，为此应

该提高警惕。机房所有设备都应该接地，并且在逆变器之

中要加装浪涌保护器装置，有效的防止雷电感应电流的扩

散，确保电流可以顺利通过接地传入至地下；机房的进线

(上接54页)

3 结语

综上所述，光伏太阳能发电是可再生可持续能源开发

应用的资源，对于促进社会发展发挥着不可忽视的促进

性作用，但是为了确保社会正常运作，保护工作人员的生命

安全，应该对光伏太阳能发电系统展开必要的防雷设计，

以此提高光伏太阳能电站的防雷安全性与有效性，促进我

国光伏太阳能电站的长足发展。

参考文献

[1]温静.刍议太阳能光伏发电存在的问题及促进措施[J].

科技展望,2016(35):69.

[2]高静,陈丽芳,陈云燕,等.刍议分布式光伏发电与能源可

持续利用[J].科学技术创新,2017(6):36.

[3]王彩茹.建筑物防雷设计相关问题刍议[J].城市建

筑,2015(21):51.

员观察光信号。就臭氧探测而言，其若要进行激光雷达的

设计，还需制定合适的设计目标，尽量将结构做到简单化、

体积做到最小化、成本做到最低化。

3.2 单透镜设计

上面所述，臭氧探测激光雷达光学接收系统设计的目

标为结构简单、体竹子象征着什么 积最小、成本最低，基于这三个目标的

实现，首先需要考虑，采用单透镜可否实现这些目标，具体

设计的结构参数如图1。

然后在system—general菜单中设置entrancediameter

为38，在field菜单中设置入射光为0度视场角平行光，在

wavelengthdata中设置波长为905nm。就臭氧探测而言，

臭氧探测工程是一项长期的探测工程，也是一项大批量探

测工程，因此在臭氧探测中采用这种方法较为合适。

3.3 透镜组系统设计

为实现低成本的目标，在透镜选择上也要合理划分，

合理选择球面透镜还是非球面透镜，众所周知，非球面透

镜在价格方面略高于球面镜片，因此，如果在进行激光雷

达设计时采用非球面透镜不符合低成本目标，因此，在实

际的透镜组系统设计时，应灵活应变，可以选采用几个简

单英雄之城 球面镜片或双胶透镜的组合进行系统设计，以有效达到

大孔径、大相对孔径、小像差的要求。

在透镜组系统设计中，考虑到降低成本和提高透过

率，还应考虑是否还有更简单的方法达到我们的要求，总

体来看，透镜组系统结构简单，成本相对较低，体积也不

大，符合激光雷达光学接收系统的要求。

3.4 机械结构设计

任何系统的设计都包括对机械元件的设计，在确定光

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学接收系统基本结构之后，就需要对相关元件的尺寸等

内容进行核实，制造或购进合适的机械元件。通常而言，

根据光学接收系统的本质特点，机械结构设计一般为套

筒和压圈，镜片须由压圈压紧，以保证接卸结构的稳定性。

整个光学接收系统是一个有外螺纹的圆柱型套筒，利用

精密螺纹将它旋进，固定在雷达的平板上，以保证精确调

节纵向距离使得聚焦光斑位于探测器的光敏面上，就臭氧

探测过程而言，通过这种设计方式，可有效、精准测得臭

氧含量。

4 结语

随着近年来臭氧污染问题的日益严峻，国家越来越重

视臭氧探测，国内外大量研究学者纷纷投身于臭氧的研究

工作，随着科学技术的发展，我国在臭氧探测放面取得了

长远发展，在对流层、平流层、中流层等方面都发展了相应

的探测技术，并落实到实践中，取得了不错成效。本文主

要针对臭氧污染危害，分析了当前臭氧探测技术现状，最

后探讨了臭氧探测激光雷达光学接收系统的设计，以期推

动我国臭氧探测技术的进步。

参考文献

[1]马明亮.对流层臭氧时空分析影响因素研究及近地面臭

氧估算[D].华东师范大学,2019.

[2]符强.拉曼激光雷达对流层顶大气结构特性的初步分

析[D].西安理工大学,2018.

[3]刘洋.边界层温湿度廓线激光雷达探测技术研究[D].中

国科学技术大学,2018.

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