[發明專利]基于智能溫控調節系統的大氣湍流模擬裝置

在審

• 申請號: 201410339593.4
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104502055A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 付強;姜會林;王曉曼;曾宗永;高鐸瑞;劉智;于權嘉
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08;G05D23/30
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 陳宏偉

技術領域：

本發明是一種基于智能溫控調節系統的大氣湍流模擬裝置，涉及大氣物理和大氣激光傳輸研究領域。

背景技術：

大氣由于溫度場對流和傳導的復雜作用使大氣流動成為“湍流”，大氣湍流會造成大氣密度或溫度的漲落，由此引起光波折射率漲落，從而導致光波的相位和振幅的隨機變化。不同效應對不同光學系統的影響不同，有的甚至限制光學系統的性能。

利用大氣對激光影響的規律，激光成為探測大氣狀態的有效工具，同時激光通信也受大氣制約。激光在湍流大氣中傳輸的理論與大氣湍流是密切相關的，由于對大氣湍流基本機理的研究仍在不斷發展中，再加上隨機激光場的數學處理和相干性變化規律的復雜性，致使激光在大氣中傳輸的許多問題仍不清楚，理論與實驗測量相差甚遠，新的效應不斷發現。因此研究大氣湍流既有理論意義也有重要的應用價值。

室內半實物模擬裝置是大氣湍流研究的重要手段之一，具有穩定性好，重復性好，易控制等優點。為了能反映實際大氣湍流的規律，室內半實物模擬裝置應滿足流動力學條件、熱力相似條件、動力相似條件、大氣層結相似條件等。安徽光機所研制了湍流模擬池，湍流模擬池的體積為1.0×0.5×0.5m,介質為去離子水,底部通過油進行二次加熱,上表面由循環水冷卻。自動控制系統控制兩面溫差,湍流發展穩定后的溫差起伏范圍約±1℃。湍流池橫斷面中心部分均勻區域為0.2×0.2m²。

國內外現有的湍流模擬池所用的工作物質通常為水，模擬閃爍頻率較低20-30Hz，并由于溫度控制系統的誤差較大1度，實時性不佳，溫度穩定時間需大約10分鐘，本發明針對上述問題改進了湍流發生池的結構，提出了基于智能溫控調節系統的大氣湍流模擬裝置。

傳統PID控制受其控制參數整定的限制，對于具有非線性、大滯后的溫度控制對象難以達到滿意的控制效果。

發明內容：

本發明提出了一種基于智能溫控調節系統的大氣湍流模擬裝置，解決了傳統PID控制受其控制參數整定的限制，對于具有非線性、大滯后的溫度控制對象難以達到滿意的控制效果，更加真實地模擬大氣湍流，提高閃爍頻率、提高溫度控制的精度，降低溫度自整定時間。

本發明提供的一種基于智能溫控調節系統的大氣湍流模擬裝置，其特征在于：

由外部總控系統、池體、制冷循環系統、均勻加熱系統、散熱系統、溫度采集系統、模糊PID溫度控制系統組成；其中，池體由湍流發生倉、溫度補償附室、窗口透鏡，底部支架構成，池體中湍流發生倉位于溫度補償附室內，窗口透鏡分別放在湍流發生倉、溫度補償附室的兩端中心位置，底部支架放在溫度補償附室下面；制冷循環系統由雙循環式制冷管、制冷液流入口、制冷液流出口、空氣壓縮制冷裝置構成，雙循環式制冷管位于湍流發生倉的頂部，雙循環式制冷管連接制冷液流入口和制冷液流出口，空氣壓縮制冷裝置接制冷液流入口和制冷液流出口，空氣壓縮制冷裝置工作產生的冷空氣經制冷液流入口進入雙循環式制冷管，經雙循環式制冷管后由制冷液流出口流入空氣壓縮制冷裝置，形成制冷效果；均勻加熱系統由主加熱板、附加熱板和平衡溫度加熱板構成，附加熱板、主加熱板、平衡溫度加熱板并排相連接，位于湍流發生倉的底部；散熱系統由加熱板散熱風扇、溫度補償附室散熱風扇構成，加熱板散熱風扇位于均勻加熱系統的下面，溫度補償附室散熱風扇位于溫度補償附室外壁上；溫度采集系統由湍流發生主倉室溫、溫度平衡附倉室溫、冷端溫度、主加熱板溫度、附加熱板溫度構成，分別位于在池體的湍流發生主倉室、溫度平衡附倉室不同位置，池體頂部，池體底部主加熱板和附加熱板中；模糊PID溫度控制系統位于外部總控系統內。

本發明模擬裝置的基本工作流程為：

在外部總控系統輸入模擬的湍流強度，設定大氣湍流相干長度的值。模糊PID溫度控制系統自動算出主加熱板、附加熱板和平衡溫度加熱板的溫度值，輸出調制控制信號，加熱板開始工作。同時，空氣壓縮制冷裝置工作制冷，制冷液由制制冷液流入口流入雙循環式制冷管，再由制冷液流出口回到制冷壓縮機中，循環制冷并實時受外部總控系統控制自適應地調整溫度值。同時，溫度采集系統實時采集溫度并提供反饋數據給模糊PID溫度控制系統，經調制再次輸出控制信號，構成溫度反饋閉環控制循環，獲得穩定的大氣湍流。

大氣湍流的相干長度穩定后，實驗人員可以在湍流池兩端進行光學實驗，激光由池體一端的窗口透鏡穿過池體從另一端的窗口透鏡射出，到達湍流池外的光學接收裝置。一組實驗結束后，加熱板散熱風扇和溫度補償附室散熱風扇開始工作降溫處理。