[發(fā)明專利]大氣湍流與激光相互作用的復(fù)合氣流發(fā)生裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210346238.0
• 申請(qǐng)日: 2012-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102840963A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏計(jì)林;李旭峰;邱選兵;李晉紅;李坤;李傳亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M9/08
• 分類號(hào): G01M9/08
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 吳立;冷錦超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合氣流發(fā)生裝置，特別是涉及一種大氣湍流與激光相互作用的復(fù)合氣流發(fā)生裝置。

背景技術(shù)

激光在大氣中傳輸與激光通信、光學(xué)雷達(dá)、衛(wèi)星遙感、遠(yuǎn)距測(cè)量、激光武器等方面的應(yīng)用密切相關(guān)，由于激光本身所具有的高強(qiáng)度、高相干性、高單色性和高方向性等特性，從而有容量大、波束窄、速度快、保密性好和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此激光成為無(wú)線光通信中最理想的載體。然而激光在大氣中傳輸是一個(gè)非常復(fù)雜的隨機(jī)過(guò)程，由于大氣折射率的隨機(jī)起伏，激光在大氣湍流中傳輸一定距離后，光束將發(fā)生擴(kuò)展，光強(qiáng)將出現(xiàn)起伏，光束所帶的信息受到不同程度的破壞或丟失，這些都嚴(yán)重地影響了激光通信的性能。如何準(zhǔn)確的建立激光與大氣的動(dòng)力學(xué)行為成為了激光在大氣中傳輸?shù)氖滓獑?wèn)題，然而實(shí)際的大氣環(huán)境是一個(gè)隨機(jī)的過(guò)程，各種實(shí)驗(yàn)不具備重復(fù)性和可操作性，很難找到一個(gè)普適的研究結(jié)論，因此在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，設(shè)計(jì)一種能產(chǎn)生不同氣體組分，不同壓強(qiáng)，不同光程，不同旋流方式，不同風(fēng)速，不同湍流方式的可以標(biāo)定、加壓、真空的復(fù)合氣流發(fā)生裝置就成了一個(gè)最主要一種研究手段。

大氣環(huán)境是一種隨機(jī)場(chǎng)，包含了多種參數(shù)情況，如壓強(qiáng)、氣體組分、風(fēng)速、通信的距離、旋流方式等，目前國(guó)內(nèi)外的模擬裝置基本都是單一的參數(shù)可控發(fā)生裝置，如中國(guó)專利號(hào)為201020699835.8的大氣湍流模擬裝置，采用空氣為介質(zhì)，通過(guò)裝置的底部加熱板和裝置的頂部的制冷版形成大氣的對(duì)流湍流方式的一種模擬裝置；又如中國(guó)專利號(hào)為201010605579.6的熱風(fēng)式湍流模擬裝置，在裝置的頂部有兩個(gè)孔，一個(gè)是吹進(jìn)經(jīng)過(guò)加熱絲的熱風(fēng)，另一個(gè)安裝了抽風(fēng)機(jī)，用于將經(jīng)過(guò)裝置內(nèi)部后的熱風(fēng)輸出，其中的風(fēng)速是可控的；又如中國(guó)專利號(hào)為200810041656.2的空氣湍流運(yùn)動(dòng)模擬微型模擬裝置，通過(guò)控制器控制熱風(fēng)湍流的形成，該裝置可以級(jí)聯(lián)。

中國(guó)專利號(hào)00221591.8，介紹了一種對(duì)流湍流發(fā)生池，該池也是通過(guò)在底部加熱，頂部制冷的方式產(chǎn)生對(duì)流湍流，不過(guò)它采用是利用油介質(zhì)來(lái)加熱的，并在加熱后的的油上放置一個(gè)平板，從而使得加熱均勻。

以上的專利幾乎都是采用單一或是兩個(gè)大氣湍流參數(shù)而設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單大氣湍流發(fā)生裝置，在某些場(chǎng)合的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)足夠，然而不具備一種普適研究條件。

中國(guó)專利號(hào)201110042703.7，提出了一種大氣環(huán)境模擬裝置，可以模擬不同氣壓，不同氣體、不同溫度、濕度等大氣環(huán)境，整個(gè)模擬裝置被密閉在一個(gè)圓柱體內(nèi)部，而且模擬裝置可以進(jìn)行級(jí)聯(lián)構(gòu)成多級(jí)氣流發(fā)生裝置來(lái)增加光程。然而對(duì)于研究激光與大氣的分子相互作用的研究，那么必須考慮的因素有：（1）不同的湍流，如平流、對(duì)流、湍流；（2）多光程的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閷?shí)際的激光通信，當(dāng)距離較近時(shí)，大氣湍流對(duì)激光的印象是微小的，當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)驗(yàn)時(shí)，此專利需要盡可能多的單節(jié)模擬裝置級(jí)聯(lián)，每節(jié)是1m，如果要達(dá)到100m，需要100節(jié)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)的難度比較大，而且在級(jí)聯(lián)的時(shí)候，由于多次經(jīng)過(guò)光學(xué)窗口，這也會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差；（3）加熱、制冷、風(fēng)扇燈安裝在裝置的內(nèi)部，這易造成光學(xué)系統(tǒng)的熱和冷的變形和震動(dòng)，同樣會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大氣湍流與激光相互作用的多功能復(fù)合氣流發(fā)生裝置。

本發(fā)明的一種大氣湍流與激光相互作用的復(fù)合氣流發(fā)生裝置，包括氣流發(fā)生裝置主體、湍流循環(huán)系統(tǒng)、進(jìn)氣口、多光程系統(tǒng)、光學(xué)觀察窗口、氣體參數(shù)傳感器和DSP控制器。

所述氣流發(fā)生裝置主體為一個(gè)密閉的立方體結(jié)構(gòu)，所述的湍流循環(huán)系統(tǒng)包括熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)和冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，所述氣流發(fā)生裝置主體的一側(cè)設(shè)置所述熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，所述氣流發(fā)生裝置主體的另一側(cè)設(shè)置所述冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，所述熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)與所述冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)在氣流發(fā)生裝置內(nèi)部的前面匯合，在氣流發(fā)生裝置內(nèi)部的后面分流。

所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述氣流發(fā)生裝置主體上端，用于向氣流發(fā)生裝置主體內(nèi)部加入不同組分的氣體，所述進(jìn)氣口處設(shè)置有控制閥門(mén)，通過(guò)控制閥門(mén)對(duì)氣流發(fā)生裝置主體內(nèi)加壓或抽真空以實(shí)現(xiàn)多種方式的大氣環(huán)境模擬。

所述多光程系統(tǒng)設(shè)置在所述復(fù)合氣流裝置主體中部的湍流區(qū)域內(nèi)，多光程系統(tǒng)采用改進(jìn)的Herriot型長(zhǎng)光程模擬裝置，包括平面反射鏡和凹面反射鏡。

所述光學(xué)觀察窗口，位于所述的復(fù)合氣流主體的上端中間，位于湍流形成的頂部，用于觀測(cè)激光與各種狀態(tài)下的氣體相互作用的光學(xué)參數(shù)測(cè)量。

所述氣體參數(shù)傳感器設(shè)置在所述復(fù)合氣流裝置主體內(nèi)，包括溫度傳感器，濕度傳感器，壓力傳感器和風(fēng)速傳感器，分別用于檢測(cè)氣體的溫度、濕度、壓力和風(fēng)速。