[发明专利]一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学望远镜系统，特别是一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，主要应用在激光和遥感领域。

背景技术

激光雷达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，它向目标发射探测信号(激光束)，然后将接受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，通过适当处理后，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。

光学望远镜主要用于接收激光雷达发射激光被目标物散射回来的回波信号，并聚焦到接收光学系统中，因此望远镜口径越大，接收到的回波信号越多，能量越强，越有利于信号分析。而激光雷达发射激光的能量也是与望远镜的口径大小存在一定关系：发射激光能量小时，可通过增加望远镜口径来增强回波信号；望远镜口径小时，可以通过增加发射激光的能量来增强回波信号。激光雷达光学望远镜就成了激光雷达设计的关键因素，光学望远镜系统具有大口径、轻重量、高波前质量的特性。通常激光雷达需要全天候进行观测，以测量探测对象的季节性实时性变化，这样光学望远镜作为激光雷达的一部分用于接收大气后向散射信号，长期直接与大气接触，光学望远镜系统内的望远镜表面容易沉积灰尘、霜露。

为了保证光学望远镜系统的接收效率，保证光学望远镜表面的洁净、干燥也成了首要问题。现有通常采用的方法是在望远镜表面加装一块光学防护镜片，并将光学望远镜系统放置在通风和少尘的地方，这样可以通过清洁光学防护镜片的表面来清洁望远镜。光学防护镜片的口径要与光学望远镜的口径相同、其加工精度要与光学望远镜表面相当，特别是对于相干激光雷达而言，通常需要达到纳米级的工作波长。

目前采用的加装防护镜片的方法有以下几个方面的缺陷：第一，由于光学防护镜片的要求也非常高，这将加倍整个激光雷达系统的制造成本。第二，对于大口径的光学望远镜，主镜可以无形变安装，但光学防护镜片需要安装在望远镜的桶口，难以控制器形变对波前的影响，从而影响光学望远镜的接收效率。第三，光学望远镜口径越大，光学防护镜片口径越大、质量越大，不仅拆卸不方便，清洗也不方便，在清洗过程中灰尘颗粒会夹杂在擦拭物与光学表面之间，容易造成划伤。第四，在霜冻天气或凌晨时候，防护镜片表面容易形成霜冻或凝结露水，而水滴会溶解灰尘之中的可溶物，使尘埃颗粒与玻璃表面之间形成“盐桥”，增加除尘难度，而且水本身亦可能溶有少量的有害物质，对玻璃表面造成轻微的侵蚀。第五，即使是安装防护镜片，也不一定能保证望远镜表面没有灰尘。

望远镜不可避免的污染当属灰尘，空气中悬浮的尘埃粒子是带有电荷的粒子，它将对其遇到的任何静电场起反应。由于望远镜表面长期暴露在空气中，与空气中气体摩擦而产生静电，带电尘埃被具有不同极性的望远镜带电表面所吸附。如果尘埃或者望远镜表面二者之中一个是绝缘体，在碰撞时尘埃将不会被中和而吸附于望远镜表面。因此我们采用静电除尘的方法，先中和尘埃粒子的电荷，使望远镜表面对其不再有吸附作用，气流再将尘埃粒子吹出。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，该系统可以使望远镜直接暴露在空气中工作，提高望远镜的探测效率，而且可以抵抗微弱的振动，提高光学激光雷达在特殊气候条件下的适应能力。

本发明的技术解决方案：一种直接接触大气的防尘防霜光学望远镜系统，包括：望远镜空气压缩机、储气罐、过滤器、冷干机、高压发生器、环形离子风嘴；在望远镜的桶上方的数个对称方向分别安装环形离子风嘴，通过高压发生器将经过环形离子风嘴的高压气流电离，产生大量正负离子并随气流沿望远镜的桶壁迅速吹向望远镜，贴近望远镜弧形表面，并集中在望远镜中心，最终形成均匀、稳定向上的气流，在此过程中中和了望远镜上所积累的静电电荷，同时向上的高速离子气流将静电吸引的尘粒吹出，并阻止其再次吸引尘埃粒子；环形离子风嘴输出的高压气流一定要是高度压缩了的洁净干燥的气体，否则会对望远镜表面产生二次污染，由洁净干燥装置产生的干洁空气作为环形离子风嘴的电离气体。

所述洁净干燥装置包括空气压缩机、储气罐、过滤器、冷干机；空气压缩机、储气罐、初级过滤器、冷干机、多级过滤器和环形离子风嘴之间均采用排气管连接，用于控制气流的流向；储气罐和环形粒子风嘴之间连接的排气管设有第一阀门，储气罐和过滤器之间设有第二阀门，过滤器和环形离子风嘴之间设有第三阀门，正常情况下关闭第一阀门，气体依次经过各个器件，当气体已经非常干洁时，直接打开第一阀门，关闭第二阀门和第三阀门，直接将储气罐连接环形离子风嘴。