蛍光体発光スペクトルの安定性に着目した検出器校正による環境計測ライダーの新展開

新开发的环境测量激光雷达采用探测器校准，重点关注荧光粉发射光谱的稳定性

基本信息

批准号：
20K21844
负责人：
矢吹正教
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21844/
关键词：
大気ライダー校正手法環境計測蛍光スペクトル

项目摘要

気温・水蒸気・エアロゾル・オゾン等の精緻な空間分布を得る環境計測ライダーは、受信光の分光検出を基礎としており、その校正精度が観測データの質に影響する。本研究では、単純かつ高精度・高頻度の校正を可能とする手法を提案し、豪雨予測や健康影響評価に有用な環境計測ライダーの定量計測に貢献することを目的とする。2022年度は、2021年度に設計したプラズマ発光蛍光体を用いた校正用の入射機構の構築を行った。望遠鏡内に安全にかつ安定して紫外光を照射するための専用治具を設けるなど、校正用光源の照射方法や光量についての最適化を行った。大面積の面発光が可能なプラズマ発光蛍光体は、LED、タングステンランプ、重水素ランプなどの点光源に比べて設置角度に対するロバスト性は高いものの、設置角度の微小なズレが校正スペクトルの誤差要因となりうる。そこで、敢えて入射角を微小にずらし、そのスペクトルの平均をとることで、安定した校正値が得られることがわかった。蛍光スペクトルで校正した値と、気象要素の鉛直分布を計測するラジオゾンデや粒子濃度を直接観測装置から得られた校正値との比較実験を行い、提案手法の有用性について実証した。また、本装置を小型化・低電力化してライダー用移動観測車内で校正可能にしたほか、本校正を適用したライダーと、係留気球やドップラーライダーとの複合観測のための予備実験を実施した。本装置は紫外域ライダーの校正用装置として開発したが、光源や光学素子を長波長計測にも最適化することで、より汎用性のある多波長校正装置となることが期待される。

环境测量激光雷达基于接收光的光谱检测，获得温度、水蒸气、气溶胶、臭氧等精确的空间分布，其标定精度影响观测数据的质量。本研究的目的是提出一种简单、高精度、频繁校准的方法，为环境测量激光雷达的定量测量做出贡献，这有助于暴雨预测和健康影响评估。 2022年，我们使用2021年设计的等离子体发射荧光粉构建了用于校准的输入机制。我们优化了校准光源的照射方式和光强，包括安装特殊的夹具，在望远镜内部安全稳定地照射紫外光。可以在大面积上发射表面光的等离子体发射荧光粉比 LED、钨丝灯和氘灯等点光源更能抵抗安装角度的影响，但安装角度的微小偏差可能会导致校准光谱出现误差。。因此，发现通过稍微移动入射角并取光谱的平均值可以获得稳定的校准值。我们通过将使用荧光光谱校准的值与测量气象要素垂直分布的无线电探空仪和颗粒浓度直接观测装置获得的值进行比较，证明了该方法的有用性。此外，我们将该设备做得更加紧凑和低功耗，以便可以在移动激光雷达观测车内进行校准，并且我们还使用应用了该校准的激光雷达进行了组合观测的初步实验。作为系留气球和多普勒激光雷达。该设备是作为紫外激光雷达的校准设备而开发的，但预计通过优化用于长波长测量的光源和光学元件，它将成为更通用的多波长校准设备。