TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG CỦA LIDAR TRONG VIỆC ĐO CÁC SOL KHÍ TRONG KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT

 LASER + Hệ thống thu nhận dữ liệu = LiDAR Ánh sáng bị phản xạ hoặc tán xạ ngược... 4 1.1 - Laser  LiDARs khai thác các tính chất cơ bản của ánh sáng laser để thực hiện những phát

1

TIỂU LUẬN :

Trường ĐH KHTN TPHCM

Bộ môn VẬT LÍ ỨNG DỤNG

Chuyên ngành QUANG HỌC

GVHD : TS Lâm Quang Vinh HVTH : Nguyễn Thị Hà Trang

2

NỘI DUNG

1 – Giới thiệu về LiDAR

2 – Ứng dụng của LiDAR trong việc đo sol khí 2.1 – Sol khí là gì ?

2.2 – Phương pháp đo

2.3 – Kết quả

3

1 – Giới thiệu về LiDAR

 LiDAR ( Light Detection And Ranging) là thuật ngữ chỉ một công nghệ viễn thám mới, chủ động, sử dụng các loại tia laser để khảo sát đối tượng từ xa

 LASER + Hệ thống thu nhận dữ liệu = LiDAR

Ánh sáng bị phản xạ hoặc tán xạ ngược

4

1.1 - Laser

 LiDARs khai thác các tính chất cơ bản của ánh sáng laser để thực hiện những phát hiện chính xác

 Tính chất cơ bản của laser

o Độ đơn sắc cao

o Độ định hướng cao  có thể chiếu đi rất xa

o Độ chói (mật độ phổ) rất cao (độ tập trung tia sáng rất cao)

o Ánh sáng phân cực

1 – Giới thiệu về LiDAR

5

1.1 - Laser

1 – Giới thiệu về LiDAR

6

1.2 – Sự tán xạ ánh sáng

 Tán xạ Rayleigh

 Tán xạ Mie

 Tán xạ Raman

 Sự huỳnh quang

1 – Giới thiệu về LiDAR

 Mie tán xạ LIDAR: đo các sol khí ở tầng đối lưu

 Rayleigh tán xạ LIDAR : đo mật độ và nhiệt độ của không khí ở tầng trung lưu

 Raman tán xạ LIDAR : đo những thành phần thiểu số như hơi nước, N2,O3…, đo nhiệt độ không khí

 Huỳnh quang LIDAR: nhận biết và đo mật độ khí ở tần trung lưu

 Differential absorption LIDAR (DiAL) : nhận biết và đo mật

độ phân tử khí

 Doppler LIDAR : đo hướng gió và tốc độ gió

Các phương pháp đo của LIDAR:

8

1 – Giới thiệu về LiDAR

1.3 - Một số ứng dụng của LiDAR :

o Trong lâm nghiệp

o Lập bản đồ địa hình đáy biển

o Lập bản đồ giao thông

o Đo khoảng cách, tốc độ xe

o Trong môi trường : đo đạc các thông số của khí

quyển Trái Đất

9

2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí

trong khí quyển Trái Đất

 Các thông số khí quyển có thể đo được với kỹ thuật LiDAR:

o nhiệt độ

o áp suất

o mật độ độ ẩm (hơi nước tập trung)

o tốc đô gió

o nồng độ các khí trong khí quyển (ozone, khí lưu huỳnh, khí mê-tan, )

o nồng độ các chất ô nhiễm (nồng độ bụi, nguyên tử kim

loại ) : sol khí (aerosol)

10

2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí

trong khí quyển Trái Đất

2.1 – Sol khí là gì ?

- Sol khí là các phần tử nhỏ lơ lửng trong khí quyển

- Kích thước của sol khí :

- Tác hại của sol khí :

 Làm thay đổi khí hậu

 Gây ra những căn bệnh nghiêm trọng ở người, đặc

biệt là bệnh liên quan đến hệ hô hấp

 Gây hại cho hệ thực vật, làm giảm năng suất mùa vụ

 Gây ra hiện tượng sương khói (smog)

 …

11

2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí

trong khí quyển Trái Đất

 Hệ thống LiDAR

cơ bản bao gồm :

• Bộ phát

• Bộ thu

• Thiết bị điều khiển

2-2 Phương pháp đo

12

Hệ LiDAR sol khí đo đạc mật độ sol khí bằng cách phát đi xung ánh sáng

và đo ánh sáng tán xạ bởi các hạt ở những khoảng cách khác nhau Ánh sáng tán xạ từ những khoảng cách này đến máy thu với thời gian khác nhau cho phép ta xác định khoảng cách từ điểm tán xạ đến hệ LiDAR

14

2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí

trong khí quyển Trái Đất

0

2

R o

O R

c

R



Phương trình cơ bản của LiDAR

P0: công suất của laser xung được phát đi

τ: độ rộng của laser xung

A : diện tích mặt kính thiên văn

η: hiệu suất của hệ

β: hệ số tán xạ ngược ,

α: Hệ số suy giảm  R,   mol R,  aer R, 

R,  mol sca, R,  mol abs, R,  aer sca, R,  aer abs, R, 

2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí trong khí quyển Trái Đất

2.3 – Kết quả

Với thiết bị đo :

Laser : Big Sky Ultra CFR Nd : YAG

20Hz

1064nm – 20mJ

532nm – 12mJ

355nm – 7mJ

Đường kính chùm tia : ~3mm

Độ phân kỳ : 1.5mrad – 1064nm

1mrad – 532nm

Kính viễn vọng : Meade ETX125

đường kính 12.7cm

17

2.3 – Kết quả

Với thiết bị :

Pulsed laser source : Nd: YAG

Wavelength : 1064, 532 and 355 nm*

Energy / pulse :

110/55/65 mJ @ 1064/532/355nm

Pulse duration : 8 ns

Repetition rate : 10 - 20 Hz

Laser beam diameter (expanded) : 45 mm

Laser beam divergence : <0.3 mrad

18

2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí

trong khí quyển Trái Đất

2.3 – Kết quả

19