(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210713059.X (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 学源街258号中国计量大 学 (72)发明人 陈林耀　冯桂兰　赵天琦　 (51)Int.Cl. G01N 21/71(2006.01) G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01S 17/10(2020.01) (54)发明名称 一种激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷 达系统 (57)摘要 本发明公开了一种激光诱导击穿与拉曼光 谱联合探测雷达系统， 由计算机， 脉冲激光光源， 扩束透镜组， 反光镜， 双轴转向器， 聚光透镜组, SPAD探测器组成。 由计算机控制脉冲激光光源发 出脉冲激光， 通过扩束透镜组， 变成合适直径的 光束， 入射到反光镜反射到物体上， 计算机控制 双轴转向臂可以让反射光在不同物体上移动， 物 体受激光发出特定光谱， 被大口径聚光透镜组收 集， 被SPAD探测器接收输出信号到计算机， 计算 机与现有物质光谱库对照识别物质， 当识别到有 可能是危险物时， 计算机通过 发射接收时间差计 算与物体距离， 通过转动角确定危险物位置并报 警。 由SPAD探测器高灵敏度的特点， 使弱光谱也 能被探测器响应， 激光诱导击穿与拉曼光谱联 合， 大大提高了探测准确率， 具有很好的实用价 值和应用前 景。 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 CN 115112635 A 2022.09.27 CN 115112635 A 1.一种激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷达系统， 由计算机(1)， 脉冲激光光源(2)， 扩束透镜组(3)， 反光镜(4)， 双轴转向器(5)， 聚光透镜组(6),SPAD探测器(7)组成； 其特征 在于： 由计算机(1)控制脉冲激光光源(2)发出脉冲激光， 通过扩束透镜组(3)， 变成合适直 径的光束， 入射到 反光镜(4)反射到物体上， 计算机(1)控制双轴转向臂(2)可以让反射光在 不同物体上移动， 物体受激光发出特定光谱， 被大口径聚光透镜组(6)收集， 被SPAD探测器 (7)接收输出信号到计算机(1)， 计算机与现有物质光谱库对照识别物质， 当识别到有可能 是危险物时， 计算机通过发射接收时间差计算与物体距离， 通过发送给双轴转向器(5)的转 动角确定危险物位置并报警。 2.根据权利要求1所述的激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷达系统， 其特征在于:脉 冲激光光源(2)， 采用两种波长脉冲激光， 一种波长532nm， 脉冲频率80kHz， 另一种波长 1064nm， 脉冲频率10kH z。 3.根据权利要求1所述的激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷达系统,其特征在于:双 轴转向器(5)， 由伺服电机驱动， 两轴垂直。 4.根据权利要求1所述的激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷达系统,其特征在于:聚 光透镜组(6)， 由直径3 0cm的透镜组成。 5.根据权利要求1所述的激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷达系统,其特征在于: SPAD探测器(7),有极高的探测率和时间分辨 率。 6.根据权利要求1所述的激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷达系统,其特征在于:计 算机(1)， 控制激光和双轴转向器的旋转， 及接受探测器的信号并分析。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115112635 A 2一种激光诱导击穿与拉曼光谱联合探测雷达系统 [0001]本发明属于安防探测雷达技术领域， 具体涉及激光诱导击穿与拉曼光谱及SPAD探 测器。 背景技术 [0002]光电探测器是能将光信号转化为电信号的的光电器件,它的工作原理是基于光电 效应,利用这个特性可以进行显示及 控制的功能,光电探测器可以用来代替人眼,且具有光 谱响应范围宽,灵敏度高,稳定性 好的特点,已经被广泛应用。 [0003]单光子雪崩光电二极管(single  photon avalanche  photodiode， SPAD)具有独一 无二的内部倍增机制， 在噪声、 探测效率、 频谱响应等方面有着绝对的优势， 极其高的探测 灵敏度(可达到单个光子量级)， 其低暗计数率、 低成本等特点， 在光子计数、 量子通信、 激光 雷达等尖端领域得到广泛应用。 [0004]激光雷达(Laser  Radar)， 是以发射激光束探测目标的位置、 速度等特征量的雷达 系统。 其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信 号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距 离、 方位、 高度、 速度、 姿态、 甚至形状等参数,从而对飞机、 导弹等目标进行探测、 跟踪和识 别。 [0005]拉曼光谱(Ram an spectra)， 是一种散射光谱。 拉曼光谱 分析法是基于印度科学家 C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应， 对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得 到分子振动、 转动方面信息， 并应用于分子结构研究的一种分析 方法。 [0006]LIBS是Laser ‑Induced Breakdown  Spectroscopy(激光诱导击穿光谱仪)的简称， 该技术利用脉冲激光产生的等离子体烧蚀 并激发样品(通常为固体)中的物质， 并通过光谱 仪获取被等离子体激发的原子所发射的光谱， 以此来识别样品中的元素组成成分， 进而可 以进行材料的识别、 分类、 定性以及定量分析。 [0007]激光诱导击穿光谱信号强、 实时性好， 但重复性差、 基底效应影响显著， 在判别组 成元素相同而分子结构不同的危险物和干扰物时面临巨大挑战。 拉曼光谱能够提供被测物 的分子信息， 适合于鉴别有机危险物， 但信号弱、 受荧光干扰大、 检测低浓度样品及分析混 合物的能力 弱， 外场使用时受周围杂散光以及环境变化的影响大。 [0008]由于拉曼光谱信号比较弱， 探测器距离物体又比较远， 使得只有少量光子被探测 器接收到， 而增加激光器功率又会对材料的结构和性能产生影响， SPAD高探测效率解决了 信号弱的问题， 极高的时间分辨率提高了距离探测的精度。 结合激光雷达高精度的位置探 测能力和拉曼光谱远距离物质识别能力实现一定范围内危险品或指定物品位置的实时监 测。 发明内容 [0009]针对现有技术的不足， 本发明的目的在于以双脉冲激光为主要结构， 激光诱导击 穿光谱技术与拉曼光谱技术为基础， 对空间内是否有危险品或指定物品进行实时监测， 并说　明　书 1/2 页 3 CN 115112635 A 3