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基于成像的极化浊度计设计与实验验证

Design and Experimental Verification of Polar Nephelometer Based on Imaging

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摘要

采用连续波半导体激光器为发射光源, 以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器, 设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像, 散射角观测范围为14°~162°, 极化角观测范围为0°~360°。利用该装置分别对氮气与水汽进行实时观测, 得到其散射图像, 其中氮气的散射光与瑞利散射理论相吻合, 不同极化角的散射光强与理论值的拟合优度为98%, 而水汽散射光随散射角的变化趋势与米氏散射理论的一致性较好。结果表明本装置在定量观测气溶胶散射光方面有潜在的应用价值。

Abstract

Using a continue-wave semiconductor laser as transmitter and a charge-coupled device (CCD) with a fish-eye lens as detector, a set of polar nephelometer is designed for measuring angular distribution of light scattered by atmospheric molecular and aerosols. The device can observe the scattering image of the atmospheric sample in real time, the scattering angle observation range is 14°-162°, and the polarization angle observation range is 0°-360°. We use this device to observe pure nitrogen and water vapor in real time seperately, then obtain their scattering images. The nitrogen scattering light shows good correlation with Rayleigh scattering theory and the linear fitting R-square of sacattering intensity varied by polarization angle with calculation is 98%. The variation trend of water vapor scattering light with scattering angle is in good agreement with Mie scattering theory. The results show that the device has potential application value in quantitative observation of aerosol scattering light.

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中图分类号:P415.3

DOI:10.3788/cjl201845.0510009

所属栏目:遥感与传感器

基金项目:国家自然科学基金青年基金(41405023)、海洋公益性行业科研专项项目(201505031)、国家重点研发计划(2016YFC1400301)、山东省自然科学基金(ZR2017QD009)

收稿日期:2017-11-21

修改稿日期:2018-01-18

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

孟祥谦:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
潘新:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
刘兴涛:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
王秀芬:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
庄全风:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
李辉:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
陈超:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
李先欣:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001
王章军:齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室, 山东 青岛 266001国家海洋监测设备工程技术研究中心, 山东 青岛 266001

联系人作者:孟祥谦(lidarmeng@foxmail.com)

备注:孟祥谦(1986-), 男, 博士, 助理研究员, 主要从事激光大气探测方面的研究。 E-mail: lidarmeng@foxmail.com

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引用该论文

Meng Xiangqian,Pan Xin,Liu Xingtao,Wang Xiufen,Zhuang Quanfeng,Li Hui,Chen Chao,Li Xianxin,Wang Zhangjun. Design and Experimental Verification of Polar Nephelometer Based on Imaging[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(5): 0510009

孟祥谦,潘新,刘兴涛,王秀芬,庄全风,李辉,陈超,李先欣,王章军. 基于成像的极化浊度计设计与实验验证[J]. 中国激光, 2018, 45(5): 0510009

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