CN206074802U - 基于半导体制冷的全固态激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

一种基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，包括激光雷达光学仓和激光雷达控制系统，激光雷达光学仓采用隔热密封结构，并通过链接线路与激光雷达控制系统相连接；激光雷达光学仓包括发射光源、接收单元、光电转换单元和半导体制冷器；发射光源发射的光束经接收单元接收后又通过光电转换单元将后向散射信号转变成电信号；发射光源和光电转换单元产生的热量通过半导体制冷器进行热量传递；半导体制冷器是由两种不同半导体材料串联组成的电偶，分为冷端和热端，既能制冷，又能散热。本实用新型具有结构简单，稳定可靠，散热良好的特点，提高激光雷达环境的适应性，提高了系统可靠性；整个激光雷达装置没有包含制冷水或制冷液，大大降低系统尺寸。

Description

基于半导体制冷的全固态激光雷达装置

技术领域

本实用新型涉及激光雷达测量装置，属于大气探测领域。

背景技术

大气污染气体是大气物理、天气预报以及大气环境研究中一个重要的气象参数。目前比较常用的手段有气球探空、卫星反演和激光雷达探测。激光雷达在探测精度、空间分辨率和时间分辨率上的优势使其越来越受到科学技术人员的重视。目前，人们为了探测大气中污染气体的空间分布廓线，常常采用多波长差分吸收激光雷达的装置。如中国科学院安徽光学精密机械研究所的一项实用新型专利CN 1877308A(授权公告日为2006年12月13日)中叙述的一种“基于拉曼光源的车载测污激光雷达装置”。该装置采用一台Nd:YAG激光器分时泵浦不同的拉曼管产生不同的受激拉曼波长用来探测污染气体。但是目前激光器多采用水制冷的方式，体积大，使用环境受限。因此，激光雷达在近端数据的反演和运用都受到巨大的限制。

发明内容

本实用新型正是针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，该装置体积小，散热效果好，环境适应性强且系统稳定性高。

本实用新型按以下技术方案实现：

一种基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，该装置包括激光雷达光学仓和激光雷达控制系统，所述激光雷达光学仓采用隔热密封结构，并通过链接线路与激光雷达控制系统相连接；所述激光雷达光学仓包括发射光源、接收单元、光电转换单元和半导体制冷器；所述发射光源发射的光束经接收单元接收后又通过光电转换单元将后向散射信号转变成电信号；所述发射光源和光电转换单元产生的热量通过半导体制冷器进行热量传递。

优选的是，所述半导体制冷器包括L型制冷端面，L型热端面，在L型制冷端面和L型热端面之间设置有相互连接的N型半导体和P型半导体，通过直流电源控制电流的大小来控制温度。

优选的是，所述发射光源发射一个或多个波长，发射方向为垂直向上。

优选的是，所述发射光源的发射光束与接收单元的光轴相互平行，间距在20mm—200mm。

优选的是，所述接收单元包括望远镜和色散元件，所述望远镜接收激光雷达后向散射信号后，通过色散元件把有用的信号光提取出来。

优选的是，所述望远镜口径为100mm—300mm。

优选的是，所述色散元件包括滤光片、光栅、棱镜或者F-P标准具。

优选的是，所述发射光源和接收单元以及光电转换单元的波长特征匹配。

本实用新型有益效果：

整个激光雷达装置没有包含制冷水或制冷液，实现了全固态激光雷达装置，有效的降低了系统尺寸。而且整套装置设计巧妙，结构简单紧凑、散热效果好，实用性强，大大提高了激光雷达环境的适应性和系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中标示：1-发射光源；2-发射光束；3-接收单元；4-光电转换单元；5-半导体制冷器；6-激光雷达控制系统；7-链接线路。

图2为本实用新型的半导体制冷器结构示意图。

具体实施方式

下述实施例是对于本实用新型内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本实用新型的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本实用新型实质精神的简单变化或替换均应属于本实用新型所要求的保护范围。

本实用新型用于测量大气参数或大气污染物，总体结构采用分立式结构。以下结合附图，通过具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，由发射光源1、接收单元3、光电转换单元4和半导体制冷器5构成激光雷达光学仓。而激光雷达控制系统6通过电源线路、信号线路和控制线路的链接通路7对激光雷达光学仓的进行信号采集和控制，实现整个激光雷达系统自动运行。激光雷达光学仓采用隔热密封结构，通过电源线路、信号线路和控制线路与激光雷达控制系统6进行链接。

发射光源1发射所测量大气参数或大气污染物所需要的波长，发射方向为垂直向上。发射光源1的发射光束2与接收单元3的光轴相互平行，间距在20mm—200mm。通常采用望远镜接收激光雷达后向散射信号，望远镜口径在100-300mm之间，可以根据实际测量发射波长的要求采用卡式、牛顿式或透镜式结构。接收单元3通过望远镜接收激光雷达后向散射信号后，通过滤光片、光栅、棱镜或者F-P标准具等色散元件把有用的信号光提取出来。最后通过光电转换单元4进行光电转换，后向散射信号变成电信号。发射光源1和接收单元3以及光电转换单元4的波长特征匹配。

发射光源1、光电转换单元4产生的热量通过半导体制冷器5进行热量转递。整个激光雷达装置没有包含制冷水或制冷液。半导体制冷器5是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。如图2所示，半导体制冷器5是通过两种不同半导体材料串联成的电偶，分为冷端和热端，冷端对应于激光雷达光学仓的发热部件，发热部件包含发射单元中的激光光源和光电转换单元中的光电探测器，即半导体制冷器5包括L型制冷端面5-1，L型热端面5-2，在L型制冷端面5-1和L型热端面5-2之间设置有相互连接的N型半导体5-3和P型半导体5-4，通过直流电源5-5控制电流的大小来控制温度。热端用散射片加风扇的方式带走热量，风扇以及散热片的作用主要是为制冷器的热端散热。本实用新型提供了一种新的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，整个激光雷达装置没有包含制冷水或制冷液，其不仅降低系统尺寸，而且具有结构简单紧凑、散热效果好等优点，大大提高了激光雷达环境的适应性和系统的可靠性。最后，还需注意的是，以上实施方式仅用于说明本实用新型，并非对本实用新型的限制。本实用新型说明书中未作详细说明描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，该装置包括激光雷达光学仓和激光雷达控制系统(6)，其特征在于：所述激光雷达光学仓采用隔热密封结构，并通过链接线路(7)与激光雷达控制系统(6)相连接；

所述激光雷达光学仓包括发射光源(1)、接收单元(3)、光电转换单元(4)和半导体制冷器(5)；所述发射光源(1)发射的光束经接收单元(3)接收后又通过光电转换单元(4)将后向散射信号转变成电信号；

所述发射光源(1)和光电转换单元(4)产生的热量通过半导体制冷器(5)进行热量传递。

2.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述半导体制冷器(5)包括L型制冷端面(5-1)，L型热端面(5-2)，在L型制冷端面(5-1)和L型热端面(5-2)之间设置有相互连接的N型半导体(5-3)和P型半导体(5-4)，通过直流电源(5-5)控制电流的大小来控制温度。

3.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述发射光源(1)发射一个或多个波长，发射方向为垂直向上。

4.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述发射光源(1)的发射光束(2)与接收单元(3)的光轴相互平行，间距在20mm—200mm。

5.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述接收单元(3)包括望远镜和色散元件，所述望远镜接收激光雷达后向散射信号后，通过色散元件把有用的信号光提取出来。

6.根据权利要求5所述的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述望远镜口径为100mm—300mm。

7.根据权利要求5所述的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述色散元件包括滤光片、光栅、棱镜或者F-P标准具。

8.根据权利要求1至7任一项所述的基于半导体制冷的全固态激光雷达装置，其特征在于：所述发射光源(1)和接收单元(3)以及光电转换单元(4)的波长特征匹配。