張青松

摘? ?要：隨著社會經濟發(fā)展，以及人們生活水平的不斷提高，人們在追求物質享受的同時，忽視了對環(huán)境的保護，臭氧層破壞現(xiàn)象嚴重，臭氧污染真實存在，隨著PM2.5指數(shù)的上升，國家在大力推動霧霾治理的情況下，也逐漸開始重視臭氧污染，不斷探索臭氧探測技術，借助激光雷達優(yōu)勢，啟動光學監(jiān)測網的建設?；诖耍疚闹饕獜某粞醯奈：Τ霭l(fā)，通過分析臭氧探測技術現(xiàn)狀，旨在探討激光雷達光學接收系統(tǒng)的設計。

關鍵詞：臭氧探測? 激光雷達? 光學接收系統(tǒng)

中圖分類號：TN958.98? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0054-02

隨著社會生活環(huán)境的惡化，目前，大氣中臭氧濃度的變化對氣候環(huán)境帶來的危害已經引起相關部門的注意，人們也開始意識到臭氧空洞對其社會生活造成的影響，由此增加了人們對臭氧研究的興趣。臭氧作為光化學煙霧形成的重要污染物之一，對人們的生產生活帶來極大影響，給人們的身體健康帶來極大隱患。因此，當前解決重視臭氧污染，加強臭氧探測須得到相關部門的高度重視，本文旨在分析臭氧探測激光雷達光學接收系統(tǒng)的設計研究。

1? 臭氧的危害

臭氧是由光化學煙霧形成的污染物，其極大的影響著人們的身體健康，研究表明，當每立平方米不流通空氣中的臭氧濃度達到0.1mg之時，人的喉嚨，鼻腔等器官都會受到輕微的刺激;而當濃度達到0.2mg/m?之時，眼睛會有刺痛感呼吸道的疾病也會明顯加劇，從而引發(fā)肺水腫等疾病。早在幾年前，人類社會就要面對一個現(xiàn)實：臭氧層正在被破壞，如果這個現(xiàn)狀一直持續(xù)，它就會逐漸失去阻擋紫外線和保護生靈的功能，而當它在對流層過度聚集，會使得葉子氧化，危害人和動物的呼吸系統(tǒng)。所以，看似強大的臭氧只要超過標準的上限，就會對世界萬物都造成不可規(guī)避的損害。

隨著臭氧污染的日益惡化，人們開始注意到臭氧污染帶來的負面影響，臭氧污染治理成為國家治理環(huán)境污染的重點。一種污染物被重視，很重要的一個標志就是會出現(xiàn)各種監(jiān)測技術，從而實現(xiàn)多時間、多空間尺度的監(jiān)測，在大氣臭氧監(jiān)測領域，目前有四種主要的方法，一種是逐漸被淘汰但仍有所應用的長光程吸收光譜儀，一種是常規(guī)空氣站安裝的紫外吸收原理的臭氧分析儀，一種是成為市場新寵的微型空氣站中安裝的臭氧傳感器，一種是近兩年新發(fā)展起來的高大上儀器臭氧激光雷達。

2? 臭氧探測技術現(xiàn)狀

資料表明，從全球范圍來看，對流層中的抽樣濃度有增加的趨勢，預示著臭氧增加影響氣候和環(huán)境，從而加重大氣污染，對人們的身體健康帶來極為不利的影響，在隨著人們對臭氧污染的愈加重視，相關檢測技術也應運而生，這給探測人員帶來了一定的希望。但在對流層中，臭氧含量較高，這給探測工作帶來了不小的難度，再加上現(xiàn)階段，對臭氧探測無相對成熟的探測技術，這就需要相關研究人員成立專門的調查研究小組，開始著手與近地面大氣中臭氧濃度的變化，并做好記錄，在這些研究中普遍采用的是紫外吸收法和化學發(fā)光法。

隨著社會經濟發(fā)展，科學技術的進步，我國致力于研究臭氧探測等問題，不斷研究臭氧探測新方法，發(fā)展紅外激光差分吸收技術，以方便對近地面大氣中臭氧含量的探測，其主要是借助CO2的吸收作用，在研制雙波長的CO2的基礎上，加強對臭氧含量的探測，并做好實時記錄，記錄結果與之前傳統(tǒng)探測方法探測的臭氧含量數(shù)據(jù)更加準確，技術更加成熟。在實際應用中表明，該吸收技術具有較好高的靈敏度，能隨大氣中臭氧含量的變化而變化，靈活性較強，對于近地面大氣中的抽樣檢測來講，是一項非常有前景的技術。

3? 臭氧探測激光雷達光學接收系統(tǒng)的設計

3.1 設計目標

接收光學系統(tǒng)是盡可能的將反射光目標進行全部收集，最終將其整理匯聚到探測器的光敏面上，方便監(jiān)測人員觀察光信號。就臭氧探測而言，其若要進行激光雷達的設計，還需制定合適的設計目標，盡量將結構做到簡單化、體積做到最小化、成本做到最低化。

3.2 單透鏡設計

上面所述，臭氧探測激光雷達光學接收系統(tǒng)設計的目標為結構簡單、體積最小、成本最低，基于這三個目標的實現(xiàn)，首先需要考慮，采用單透鏡可否實現(xiàn)這些目標，具體設計的結構參數(shù)如圖1。

然后在system—general菜單中設置entrance diameter為38，在field菜單中設置入射光為0度視場角平行光，在wave length data中設置波長為905nm。就臭氧探測而言，臭氧探測工程是一項長期的探測工程，也是一項大批量探測工程，因此在臭氧探測中采用這種方法較為合適。

3.3 透鏡組系統(tǒng)設計

為實現(xiàn)低成本的目標，在透鏡選擇上也要合理劃分，合理選擇球面透鏡還是非球面透鏡，眾所周知，非球面透鏡在價格方面略高于球面鏡片，因此，如果在進行激光雷達設計時采用非球面透鏡不符合低成本目標，因此，在實際的透鏡組系統(tǒng)設計時，應靈活應變，可以選采用幾個簡單球面鏡片或雙膠透鏡的組合進行系統(tǒng)設計，以有效達到大孔徑、大相對孔徑、小像差的要求。

在透鏡組系統(tǒng)設計中，考慮到降低成本和提高透過率，還應考慮是否還有更簡單的方法達到我們的要求，總體來看，透鏡組系統(tǒng)結構簡單，成本相對較低，體積也不大，符合激光雷達光學接收系統(tǒng)的要求。

3.4 機械結構設計

任何系統(tǒng)的設計都包括對機械元件的設計，在確定光學接收系統(tǒng)基本結構之后，就需要對相關元件的尺寸等內容進行核實，制造或購進合適的機械元件。通常而言，根據(jù)光學接收系統(tǒng)的本質特點，機械結構設計一般為套筒和壓圈，鏡片須由壓圈壓緊，以保證接卸結構的穩(wěn)定性。整個光學接收系統(tǒng)是一個有外螺紋的圓柱型套筒，利用精密螺紋將它旋進，固定在雷達的平板上，以保證精確調節(jié)縱向距離使得聚焦光斑位于探測器的光敏面上，就臭氧探測過程而言，通過這種設計方式，可有效、精準測得臭氧含量。

4? 結語

隨著近年來臭氧污染問題的日益嚴峻，國家越來越重視臭氧探測，國內外大量研究學者紛紛投身于臭氧的研究工作，隨著科學技術的發(fā)展，我國在臭氧探測放面取得了長遠發(fā)展，在對流層、平流層、中流層等方面都發(fā)展了相應的探測技術，并落實到實踐中，取得了不錯成效。本文主要針對臭氧污染危害，分析了當前臭氧探測技術現(xiàn)狀，最后探討了臭氧探測激光雷達光學接收系統(tǒng)的設計，以期推動我國臭氧探測技術的進步。

參考文獻

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