搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于本征荧光的生物气溶胶测量激光雷达性能

饶志敏 华灯鑫 何廷尧 乐静

基于本征荧光的生物气溶胶测量激光雷达性能

饶志敏, 华灯鑫, 何廷尧, 乐静
PDF
导出引用
导出核心图
  • 为研究本征荧光对生物气溶胶粒子探测精度的影响,本文在阐述生物气溶胶荧光光谱信号探测原理的基础上,设计了一台紫外激光诱导荧光雷达.该雷达选用波长为266 nm的四倍频固体激光器作为激励光源,基于本征荧光波长、探测距离等主要参数,对生物气溶胶荧光光谱回波信号的信噪比及粒子浓度的最小分辨率进行数值仿真分析.仿真结果表明,在探测误差小于10%的情况下,距离为1.5 km时,系统对生物气溶胶荧光波长的有效探测范围为300–800 nm;而在距离为2.1 km时,荧光波长的有效探测范围为300–310 nm.此外,在探测距离定义为0.1 km,荧光波长为350和600 nm时,系统对物气溶胶粒子浓度的最小分辨率分别为2个颗粒/L和4个颗粒/L,最小分辨率的差值为2个颗粒/L.仿真结果有利于了解荧光波长变动时激光雷达系统的探测准确度,进而实现大气生物气溶胶更加有效的探测.
      通信作者: 华灯鑫, dengxinhua@xaut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61275185,41405028)和陕西省自然科学基金(批准号:2015JQ4100)资助的课题.
    [1]

    Xu A, Xiong C, Zhang P, Liao X Q, Yang W, Zhao Y K, Huang H J 2013 Acta Optica Sinica 33 130 (in Chinese)[徐傲, 熊超, 张佩, 廖小情, 杨巍, 赵勇凯, 黄惠杰2013光学学报33 130]

    [2]

    Després V R, Huffman J A, Burrows S M, Hoose C, Safatov A S, Buryak G, Nowoisky J F, Elbert W, Andreae M O, Poschl U, Jaenicke R 2012 Tellus B 64 15598

    [3]

    Heidi B, Heinrich G, Regina H, Anne K, Georg R, Franziska Z, Hans P 2003 J. Geophys. Res. 108 1919

    [4]

    Franc G D, Demott P J 1998 J. Appl. Meteorol. 37 1293

    [5]

    Sun J, Ariya P A 2006 Atmos. Environ. 40 795

    [6]

    Pan Y L, Hill S C, Pinnick R G, Huang H, Bottiger J R, Chang R K 2010 Opt. Express 18 12436

    [7]

    Gruber S, Matthias-Maser S, Jaenicke R 1997 J. Aerosol Sci. 28 S595

    [8]

    White C C, Kenny C M, Jennings S G 1999 J. Aerosol Sci. 30 809

    [9]

    Artaxo P, Maenhaut W, Storms H, VanGrieken R 1990 J. Geophys. Res. 95 16971

    [10]

    Artaxo P, Storms H, Bruynseels F, Grieken R V, Maenhaut W 1988 J. Geophys. Res. 93 1605

    [11]

    Cai S Y, Zhang P, Zhu L L, Xie C K, Sun Z Y, Cheng W L, Zhao Y K, Huang H J 2012 Acta Optica Sinica 32 119 (in Chinese)[蔡舒窈, 张佩, 朱玲琳, 谢承科, 孙征宇, 程伟林, 赵勇凯, 黄惠杰2012光学学报32 119]

    [12]

    Wan W B, Hua D X, Le J, Yan Z, Zhou C Y 2015 Acta Phys. Sin. 64 190702 (in Chinese)[万文博, 华灯鑫, 乐静, 闫哲, 周春燕2015物理学报64 190702]

    [13]

    Buteau S, Simard J R, Roy G 2010 Proceedings of SPIEThe International Society for Optical Engineering Toulous, France, September 20-23, 2010 p7838

    [14]

    Ge L L, Ding L, Yan J, Wang Y P, Zheng H Y, Fang L 2013 J. At. Mol. Phys. 30 125 (in Chinese)[葛琳琳, 丁蕾, 闫静, 王颖萍, 郑海洋, 方黎2013原子与分子物理学报30 125]

    [15]

    Fang W H, Li Z W, Li Z L, Qu G N, Ouyang S L, Men Z W 2012 Acta Phys. Sin. 61 153301 (in Chinese)[房文汇, 里佐威, 李占龙, 曲冠男, 欧阳顺利, 门志伟2012物理学报61 153301]

    [16]

    Øystein F, Rustad G, Skogan G 2012 Biomed. Opt. Express 3 2964

    [17]

    Feng C X, Huang L H, Zhou G C, Han J, Zeng A J, Zhao Y K, Huang H J 2010 Chinese J. Lasers 37 2592 (in Chinese)[冯春霞, 黄立华, 周光超, 韩洁, 曾爱军, 赵永凯, 黄惠杰2010中国激光37 2592]

    [18]

    Change G Q, Song C Y, Wang L 2010 Acta Opt. Sin. 12 s100503 (in Chinese)[常冠钦, 宋存义, 汪莉2010光学学报30 s100503]

    [19]

    Pinnick R G, Hill S C, Niles S, Garvey D M, Pan Y L, Holler S, Chang R K 1999 Field Anal. Chem. Technol. 3 221

    [20]

    Pan Y L, Huang H, Chang R K 2012 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 113 2213

    [21]

    Pan Y L 2015 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 150 12

    [22]

    Megie G 1985 Eos, Trans. Am. Geophys. Union 66 686

    [23]

    Li S S, Zhang Z H, Zhao W, Li Z K, Huang S L 2015 Chin. Phys. B 24 95

    [24]

    Wojtanowski J, Zygmunt M, Muzal M, Knysak P, Mlodzianko A, Gawlikowski A. Traczyk M 2015 Opt. Laser Technol. 67 25

    [25]

    Zou B F, Zhang Y C, Hu S X 2008 Laser Technol. 32 287 (in Chinese)[邹炳芳, 张寅超, 胡顺星2008激光技术32 287]

    [26]

    Joshi D, Kumar D, Maini A K, Sharma R C 2013 Spectrochim. Acta A 112 446

    [27]

    Nakajima T Y, Imai T, Uchino O, Nagai T 1999 Appl. Opt. 38 5218

  • [1]

    Xu A, Xiong C, Zhang P, Liao X Q, Yang W, Zhao Y K, Huang H J 2013 Acta Optica Sinica 33 130 (in Chinese)[徐傲, 熊超, 张佩, 廖小情, 杨巍, 赵勇凯, 黄惠杰2013光学学报33 130]

    [2]

    Després V R, Huffman J A, Burrows S M, Hoose C, Safatov A S, Buryak G, Nowoisky J F, Elbert W, Andreae M O, Poschl U, Jaenicke R 2012 Tellus B 64 15598

    [3]

    Heidi B, Heinrich G, Regina H, Anne K, Georg R, Franziska Z, Hans P 2003 J. Geophys. Res. 108 1919

    [4]

    Franc G D, Demott P J 1998 J. Appl. Meteorol. 37 1293

    [5]

    Sun J, Ariya P A 2006 Atmos. Environ. 40 795

    [6]

    Pan Y L, Hill S C, Pinnick R G, Huang H, Bottiger J R, Chang R K 2010 Opt. Express 18 12436

    [7]

    Gruber S, Matthias-Maser S, Jaenicke R 1997 J. Aerosol Sci. 28 S595

    [8]

    White C C, Kenny C M, Jennings S G 1999 J. Aerosol Sci. 30 809

    [9]

    Artaxo P, Maenhaut W, Storms H, VanGrieken R 1990 J. Geophys. Res. 95 16971

    [10]

    Artaxo P, Storms H, Bruynseels F, Grieken R V, Maenhaut W 1988 J. Geophys. Res. 93 1605

    [11]

    Cai S Y, Zhang P, Zhu L L, Xie C K, Sun Z Y, Cheng W L, Zhao Y K, Huang H J 2012 Acta Optica Sinica 32 119 (in Chinese)[蔡舒窈, 张佩, 朱玲琳, 谢承科, 孙征宇, 程伟林, 赵勇凯, 黄惠杰2012光学学报32 119]

    [12]

    Wan W B, Hua D X, Le J, Yan Z, Zhou C Y 2015 Acta Phys. Sin. 64 190702 (in Chinese)[万文博, 华灯鑫, 乐静, 闫哲, 周春燕2015物理学报64 190702]

    [13]

    Buteau S, Simard J R, Roy G 2010 Proceedings of SPIEThe International Society for Optical Engineering Toulous, France, September 20-23, 2010 p7838

    [14]

    Ge L L, Ding L, Yan J, Wang Y P, Zheng H Y, Fang L 2013 J. At. Mol. Phys. 30 125 (in Chinese)[葛琳琳, 丁蕾, 闫静, 王颖萍, 郑海洋, 方黎2013原子与分子物理学报30 125]

    [15]

    Fang W H, Li Z W, Li Z L, Qu G N, Ouyang S L, Men Z W 2012 Acta Phys. Sin. 61 153301 (in Chinese)[房文汇, 里佐威, 李占龙, 曲冠男, 欧阳顺利, 门志伟2012物理学报61 153301]

    [16]

    Øystein F, Rustad G, Skogan G 2012 Biomed. Opt. Express 3 2964

    [17]

    Feng C X, Huang L H, Zhou G C, Han J, Zeng A J, Zhao Y K, Huang H J 2010 Chinese J. Lasers 37 2592 (in Chinese)[冯春霞, 黄立华, 周光超, 韩洁, 曾爱军, 赵永凯, 黄惠杰2010中国激光37 2592]

    [18]

    Change G Q, Song C Y, Wang L 2010 Acta Opt. Sin. 12 s100503 (in Chinese)[常冠钦, 宋存义, 汪莉2010光学学报30 s100503]

    [19]

    Pinnick R G, Hill S C, Niles S, Garvey D M, Pan Y L, Holler S, Chang R K 1999 Field Anal. Chem. Technol. 3 221

    [20]

    Pan Y L, Huang H, Chang R K 2012 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 113 2213

    [21]

    Pan Y L 2015 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 150 12

    [22]

    Megie G 1985 Eos, Trans. Am. Geophys. Union 66 686

    [23]

    Li S S, Zhang Z H, Zhao W, Li Z K, Huang S L 2015 Chin. Phys. B 24 95

    [24]

    Wojtanowski J, Zygmunt M, Muzal M, Knysak P, Mlodzianko A, Gawlikowski A. Traczyk M 2015 Opt. Laser Technol. 67 25

    [25]

    Zou B F, Zhang Y C, Hu S X 2008 Laser Technol. 32 287 (in Chinese)[邹炳芳, 张寅超, 胡顺星2008激光技术32 287]

    [26]

    Joshi D, Kumar D, Maini A K, Sharma R C 2013 Spectrochim. Acta A 112 446

    [27]

    Nakajima T Y, Imai T, Uchino O, Nagai T 1999 Appl. Opt. 38 5218

  • [1] 狄慧鸽, 华杭波, 张佳琪, 张战飞, 华灯鑫, 高飞, 汪丽, 辛文辉, 赵恒. 高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析. 物理学报, 2017, 66(18): 184202. doi: 10.7498/aps.66.184202
    [2] 张寅超, 张改霞, 赵曰峰, 赵培涛. 激光雷达白天探测大气边界层气溶胶. 物理学报, 2008, 57(11): 7390-7395. doi: 10.7498/aps.57.7390
    [3] 刘厚通, 毛敏娟. 一种无需定标的地基激光雷达气溶胶消光系数精确反演方法. 物理学报, 2019, 68(7): 074205. doi: 10.7498/aps.68.20181825
    [4] 冯明春, 徐亮, 刘文清, 刘建国, 高闽光, 魏秀丽. 基于MODTRAN模型使用被动傅里叶变换红外光谱技术对生物气溶胶的探测研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014210. doi: 10.7498/aps.65.014210
    [5] 张寅超, 邵石生, 谭 锟, 胡欢陵, 洪光烈, 赵曰峰. 探测大气中CO2的Raman激光雷达. 物理学报, 2006, 55(2): 983-987. doi: 10.7498/aps.55.983
    [6] 胡顺星, 曹开法, 王英俭, 王敏, 方欣, 汪少林, 赵培涛, 范广强. 激光雷达精确修正对流层目标定位误差. 物理学报, 2009, 58(7): 5091-5097. doi: 10.7498/aps.58.5091
    [7] 沈法华, 王忠纯, 孙东松, 薛向辉, 陈廷娣, 窦贤康, 舒志峰. 瑞利散射多普勒激光雷达风场反演方法. 物理学报, 2011, 60(6): 060704. doi: 10.7498/aps.60.060704
    [8] 沈法华, 舒志峰, 孙东松, 王忠纯, 薛向辉, 陈廷娣, 窦贤康. Rayleigh散射Doppler激光雷达风场反演方法改进. 物理学报, 2012, 61(3): 030702. doi: 10.7498/aps.61.030702
    [9] 梁善勇, 王江安, 张峰, 石晟玮, 马治国, 刘涛, 王雨虹. 基于尾流激光雷达的能量对消式大动态接收技术. 物理学报, 2012, 61(11): 110701. doi: 10.7498/aps.61.110701
    [10] 梁善勇, 王江安, 张峰, 吴荣华, 宗思光, 王雨虹, 王乐东. 基于舰船尾流激光雷达的Monte Carlo模型及方差消减方法研究. 物理学报, 2013, 62(1): 015205. doi: 10.7498/aps.62.015205
    [11] 狄慧鸽, 华灯鑫, 王玉峰, 闫庆. 米散射激光雷达重叠因子及全程回波信号标定技术研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094215. doi: 10.7498/aps.62.094215
    [12] 连天虹, 王石语, 过振, 李兵斌, 蔡德芳, 文建国. 用于激光雷达的相干合成光束研究. 物理学报, 2011, 60(12): 124208. doi: 10.7498/aps.60.124208
    [13] 谭林秋, 华灯鑫, 汪丽, 高飞, 狄慧鸽. Mach-Zehnder干涉仪条纹成像多普勒激光雷达风速反演及视场展宽技术. 物理学报, 2014, 63(22): 224205. doi: 10.7498/aps.63.224205
    [14] 邵 芸, 郭冠军. 激光散斑效应对激光雷达探测性能的影响. 物理学报, 2004, 53(7): 2089-2093. doi: 10.7498/aps.53.2089
    [15] 张金碧, 丁蕾, 王颖萍, 郑海洋, 方黎. 利用近前向散射图样识别单粒子形状的理论研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054202. doi: 10.7498/aps.64.054202
    [16] 高飞, 南恒帅, 黄波, 汪丽, 李仕春, 王玉峰, 刘晶晶, 闫庆, 宋跃辉, 华灯鑫. 紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶的技术实现和系统仿真. 物理学报, 2018, 67(3): 030701. doi: 10.7498/aps.67.20172036
    [17] 朱湘飞, 林兆祥, 刘林美, 邵君宜, 龚威. 温度压强对CO2吸收光谱的影响. 物理学报, 2014, 63(17): 174203. doi: 10.7498/aps.63.174203
    [18] 邵君宜, 林兆祥, 刘林美, 龚威. 1.572 μm附近CO2吸收光谱的测量. 物理学报, 2017, 66(10): 104206. doi: 10.7498/aps.66.104206
    [19] 孙国栋, 秦来安, 张巳龙, 何枫, 谭逢富, 靖旭, 侯再红. 一种测量大气消光系数边界值的新方法. 物理学报, 2018, 67(5): 054205. doi: 10.7498/aps.67.20172008
    [20] 狄慧鸽, 侯晓龙, 赵虎, 阎蕾洁, 卫鑫, 赵欢, 华灯鑫. 多波长激光雷达探测多种天气气溶胶光学特性与分析. 物理学报, 2014, 63(24): 244206. doi: 10.7498/aps.63.244206
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  874
  • PDF下载量:  169
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-19
  • 修回日期:  2016-06-18
  • 刊出日期:  2016-10-05

基于本征荧光的生物气溶胶测量激光雷达性能

  • 1. 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 西安 710048
  • 通信作者: 华灯鑫, dengxinhua@xaut.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61275185,41405028)和陕西省自然科学基金(批准号:2015JQ4100)资助的课题.

摘要: 为研究本征荧光对生物气溶胶粒子探测精度的影响,本文在阐述生物气溶胶荧光光谱信号探测原理的基础上,设计了一台紫外激光诱导荧光雷达.该雷达选用波长为266 nm的四倍频固体激光器作为激励光源,基于本征荧光波长、探测距离等主要参数,对生物气溶胶荧光光谱回波信号的信噪比及粒子浓度的最小分辨率进行数值仿真分析.仿真结果表明,在探测误差小于10%的情况下,距离为1.5 km时,系统对生物气溶胶荧光波长的有效探测范围为300–800 nm;而在距离为2.1 km时,荧光波长的有效探测范围为300–310 nm.此外,在探测距离定义为0.1 km,荧光波长为350和600 nm时,系统对物气溶胶粒子浓度的最小分辨率分别为2个颗粒/L和4个颗粒/L,最小分辨率的差值为2个颗粒/L.仿真结果有利于了解荧光波长变动时激光雷达系统的探测准确度,进而实现大气生物气溶胶更加有效的探测.

English Abstract

参考文献 (27)

目录

    /

    返回文章
    返回