[發明專利]一種基于真均方根轉換器的溫度脈動儀

有效

• 申請號: 201210499606.5
• 申請日: 2012-11-18
• 公開（公告）號: CN102944323A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 張志剛;趙軍衛;強希文;胡月宏;封雙連
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63655部隊
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于一種測量大氣光學參數的電子測量儀器，具體是一種基于真均方根轉換器的溫度脈動儀。它主要適用于大氣科學研究，以及氣象、航空、激光大氣傳輸、軍事等領域。

背景技術

溫度脈動儀主要應用于大氣光學湍流測量。從20世紀70年代初至今，美國、德國和印度等國家已研制了一系列溫度脈動儀，在研制方法的可靠性和成熟度上不斷得到提升。如，Darryl和David設計的直流電橋的溫度脈動儀，Demos設計的探空氣球和飛機搭載溫度脈動儀等均可測量大氣湍流廓線。在國內，中國科學院安徽光學精密機械研究所最先開展了溫度脈動儀研制工作，利用溫度脈動儀進行了大量的實驗研究，在國內得到了普遍認可。80年代初，曾宗泳等研制一種間歇供電直流電橋式溫度脈動儀，進行了大量的近地面大氣光學湍流測量，而后又研制了溫度脈動探空儀，用于整層大氣光學湍流廓線測量。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足提供一種基于真均方根轉換器的溫度脈動儀。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

基于真均方根轉換器的溫度脈動儀，包括兩個傳感器、傳感器支撐桿、和以真均方根計算器AD637為核心計算電路的電路板單元；所述傳感器包括直徑8μm的拋光合金白鎢絲和支架，拋光白合金鎢絲用于測量溫度脈動信號，所述支架包括鍍銀銅桿和耐高溫管，鍍銀銅桿一端設置凹槽，耐高溫管套在耐高溫管外部，拋光合金白鎢絲兩端固定在兩個鍍銀銅桿的凹槽中，所述傳感器支撐桿的兩端各支撐一個傳感器；所述傳感器支撐桿單元采用長1m的鋁合金管；電路板單元包括電壓差測量單元、濾波放大單元和均方根計算單元；電壓差測量單元主要包括恒流源、方波發生電路、開關電路、采樣保持器、惠斯通電橋和差分放大電路，通過方波發生電路和開關電路控制惠斯通電橋的供電時間，為傳感器間歇式提供恒電流；兩個傳感器作為惠斯通電橋的兩個測量臂，其電壓值經差分放大電路進行差分計算，得到電壓差信號；該電壓差信號是與方波同步的不連續信號，經采樣保持器進行采樣、保持、放大后，得到連續變化的信號，然后進行濾波和補償放大；濾波放大單元按照大氣湍流頻譜分布設置通頻帶；均方根計算單元對濾波放大處理過的信號進行均方根計算，并對輸出信號進行偏置補償和阻抗匹配。

本發明的優點和效果為：

1溫度脈動儀的傳感器采用了特殊的設計，傳感器材料選用了直徑8μm的拋光合金白鎢絲，降低了太陽輻射引進的測量誤差，提高了傳感器的響應頻率；傳感器支架的凹槽增加了鎢絲與支架的有效接觸面積，耐高溫管降低了支架所產生熱輻射對測量精度的影響。

2在溫度脈動儀電路設計中，通過真均方根計算器AD637計算溫度差信號的均方根，芯片內部由模擬器件組成。相對于數字計算電路，這種信號處理方法簡化了電路結構，降低了制作成本，減小了數模轉換引進的測量誤差，提高了對大氣湍流高頻譜的測量精度。

附圖說明

圖1為基于真均方根轉換器的溫度脈動儀的傳感器結構示意圖；

圖2為基于真均方根轉換器的溫度脈動儀的信號流程框圖；

圖3為本發明在實驗場所測大氣折射率結構常數日變化情況。

具體實施方式

以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。

1、溫度脈動儀設計原理

大氣折射率結構常數通常用來描述光學湍流的起伏強度，可以定量描述大氣湍流對光波傳輸的影響。根據Kolmogorov的局地均勻各向同性理論，可以得到大氣折射率結構常數的計算公式如下：

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