大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種復合氣流發生裝置，特別是涉及一種大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置，包括氣流發生裝置主體、湍流循環系統、進氣口、多光程系統、光學觀察窗口、氣體參數傳感器和DSP控制器；本發明專利技術產生的湍流方式更多，不僅可以模擬不同氣壓、不通組分的氣體，而且還可以模擬平流、對流，采用了外部的冷風與熱風循環系統，系統的溫度穩定性和可控性更強，并且在循環控制器中通過不同的旋流引導裝置產生不同的風場，以模擬更復雜的大氣湍流環境；采用基于改進的Harriet多光程系統，只需要一個復合氣流裝置，當反射次數在500以上時，則光程就達到了500米以上，克服了由于級聯而帶來的成本，使用復雜等問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種復合氣流發生裝置，特別是涉及一種大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置。
技術介紹
激光在大氣中傳輸與激光通信、光學雷達、衛星遙感、遠距測量、激光武器等方面的應用密切相關，由于激光本身所具有的高強度、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等優點，因此激光成為無線光通信中最理想的載體。然而激光在大氣中傳輸是一個非常復雜的隨機過程，由于大氣折射率的·隨機起伏，激光在大氣湍流中傳輸一定距離后，光束將發生擴展，光強將出現起伏，光束所帶的信息受到不同程度的破壞或丟失，這些都嚴重地影響了激光通信的性能。如何準確的建立激光與大氣的動力學行為成為了激光在大氣中傳輸的首要問題，然而實際的大氣環境是一個隨機的過程，各種實驗不具備重復性和可操作性，很難找到一個普適的研究結論，因此在實驗室內，設計一種能產生不同氣體組分，不同壓強，不同光程，不同旋流方式，不同風速，不同湍流方式的可以標定、加壓、真空的復合氣流發生裝置就成了一個最主要一種研究手段。大氣環境是一種隨機場，包含了多種參數情況，如壓強、氣體組分、風速、通信的距離、旋流方式等，目前國內外的模擬裝置基本都是單一的參數可控發生裝置，如中國專利號為201020699835.8的大氣湍流模擬裝置，采用空氣為介質，通過裝置的底部加熱板和裝置的頂部的制冷版形成大氣的對流湍流方式的一種模擬裝置；又如中國專利號為201010605579. 6的熱風式湍流模擬裝置，在裝置的頂部有兩個孔，一個是吹進經過加熱絲的熱風，另一個安裝了抽風機，用于將經過裝置內部后的熱風輸出，其中的風速是可控的；又如中國專利號為200810041656. 2的空氣湍流運動模擬微型模擬裝置，通過控制器控制熱風湍流的形成，該裝置可以級聯。中國專利號00221591. 8，介紹了一種對流湍流發生池，該池也是通過在底部加熱，頂部制冷的方式產生對流湍流，不過它采用是利用油介質來加熱的，并在加熱后的的油上放置一個平板，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大氣湍流參數而設計的簡單大氣湍流發生裝置，在某些場合的實驗已經足夠，然而不具備一種普適研究條件。中國專利號201110042703. 7，提出了一種大氣環境模擬裝置，可以模擬不同氣壓，不同氣體、不同溫度、濕度等大氣環境，整個模擬裝置被密閉在一個圓柱體內部，而且模擬裝置可以進行級聯構成多級氣流發生裝置來增加光程。然而對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、對流、湍流；(2)多光程的實現，因為實際的激光通信，當距離較近時，大氣湍流對激光的印象是微小的，當進行遠距離實驗時，此專利需要盡可能多的單節模擬裝置級聯，每節是lm，如果要達到100m，需要100節，實現起來的難度比較大，而且在級聯的時候，由于多次經過光學窗口，這也會造成實驗誤差；(3)加熱、制冷、風扇燈安裝在裝置的內部，這易造成光學系統的熱和冷的變形和震動，同樣會造成實驗誤差。
技術實現思路
為解決上述技術問題，本專利技術提供一種大氣湍流與激光相互作用的多功能復合氣流發生裝置。本專利技術的一種大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置，包括氣流發生裝置主體、瑞流循環系統、進氣口、多光程系統、光學觀察窗口、氣體參數傳感器和DSP控制器。所述氣流發生裝置主體為一個密閉的立方體結構，所述的湍流循環系統包括熱風循環系統和冷風循環系統，所述氣流發生裝置主體的一側設置所述熱風循環系統，所述氣流發生裝置主體的另一側設置所述冷風循環系統，所述熱風循環系統與所述冷風循環系統 在氣流發生裝置內部的前面匯合，在氣流發生裝置內部的后面分流。所述進氣口設置在所述氣流發生裝置主體上端，用于向氣流發生裝置主體內部加入不同組分的氣體，所述進氣口處設置有控制閥門，通過控制閥門對氣流發生裝置主體內加壓或抽真空以實現多種方式的大氣環境模擬。所述多光程系統設置在所述復合氣流裝置主體中部的湍流區域內，多光程系統采用改進的Herriot型長光程模擬裝置，包括平面反射鏡和凹面反射鏡。所述光學觀察窗口，位于所述的復合氣流主體的上端中間，位于湍流形成的頂部，用于觀測激光與各種狀態下的氣體相互作用的光學參數測量。所述氣體參數傳感器設置在所述復合氣流裝置主體內，包括溫度傳感器，濕度傳感器，壓力傳感器和風速傳感器，分別用于檢測氣體的溫度、濕度、壓力和風速。所述DSP控制器設置在所述復合氣流主體的外部，所述DSP控制器用于處理所述氣體參數傳感器數據、分析、存儲和顯示，同時還檢測和控制所述湍流循環系統的溫度與風速。所述氣流發生裝置主體為長方體鋼質結構，鋼板的厚度在3mm以上，所述氣流發生裝置主體包括一個可以打開的上蓋，上蓋的四周采用密封橡膠密封，四周采用多個螺栓連接，螺栓之間的間距在6mm以內，接觸面表面的平均粗糙度Ra不超過6. 3Mm。所述熱風循環系統包括風扇、呈蜂窩狀的鋁片、加濕器和旋流發生管道，所述DSP控制器控制所述熱風循環系統，所述風扇用于給熱風循環系統內送入氣體，所述鋁片內設有加熱絲，送進的氣體通過加熱絲加熱后進入旋流發生管道，最后進入氣流發生裝置主體的內部。所述冷風循環系統包括風扇、呈蜂窩狀的鋁片、加濕器和旋流發生管道，所述DSP控制器控制所述冷風循環系統，所述風扇用于給冷風循環系統內送入氣體，所述鋁片內設有制冷管，送進的氣體通過制冷管制冷后進入旋流發生管道，最后進入氣流發生裝置主體的內部。所述多光程系統用于增加激光在湍流中的光程，實現多次反射，其反射次數至少為500次，傳輸距離達到500米以上。所述光學觀察窗口采用內高溫耐高壓材質制成，耐溫在280°以上，耐壓在8MPa以上。所述DSP控制器采用高速浮點運算的DSP控制器。與現有技術相比本專利技術的有益效果為 1、與現有的單一湍流產生方式，如利用常壓下的熱風與冷風對流或平流，溫度可調與否，風速可調與否相比，本專利技術產生的湍流方式更多，不僅可以模擬不同氣壓，不通組分的氣體，而且還可以模擬平流，對流，湍流在不同壓強下的大氣湍流； 2、與現有的多功能(大氣的溫、濕、度、壓、風、湍流)湍流發生裝置相比，本專利技術采用了外部的冷風與熱風循環系統，系統的熱穩定性和可控性更強，并且在循環控制器中通過不同的旋流引導裝置產生不同的風場，以模擬更復雜的大氣湍流環境；采用基于改進的Harriet多光程系統，只需要一個復合氣流裝置，當反射次數在500以上時，則光程就達到了 500米以上，克服了由于級聯而帶來的成本，使用復雜等問題； 3、由于系統采用了高速浮點運算的DSP控制器，其運算速度快，處理數據時間短，系統的響應快，并且易于熱風與冷風循環的電機控制，各種參數實時檢測與直觀化顯示，同時還可以通過RS232與計算機通信，用于長時間的測量。附圖說明圖I是本專利技術中一種大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置的結構示意圖。圖2是本專利技術中復合氣流發生裝置頂蓋結構示意圖。圖3是本專利技術中熱風循環系統結構示意圖。圖4是本專利技術中冷風循環系統結構示意圖。圖5是本專利技術中復合氣流發生控制原理結構示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。如圖I一圖5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置，其特征在于：包括氣流發生裝置主體、湍流循環系統、進氣口、多光程系統、光學觀察窗口、氣體參數傳感器和DSP控制器；所述氣流發生裝置主體為一個密閉的立方體結構，所述的湍流循環系統包括熱風循環系統和冷風循環系統，所述氣流發生裝置主體的一側設置所述熱風循環系統，所述氣流發生裝置主體的另一側設置所述冷風循環系統，所述熱風循環系統與所述冷風循環系統在氣流發生裝置內部的前面匯合，在氣流發生裝置內部的后面分流；所述進氣口設置在所述氣流發生裝置主體上端，用于向氣流發生裝置主體內部加入不同組分的氣體，所述進氣口處設置有控制閥門，通過控制閥門對氣流發生裝置主體內加壓或抽真空以實現多種方式的大氣環境模擬；所述多光程系統設置在所述復合氣流裝置主體中部的湍流區域內，多光程系統采用改進的Herriot型長光程模擬裝置，包括平面反射鏡和凹面反射鏡；所述光學觀察窗口，位于所述的復合氣流主體的上端中間，位于湍流形成的頂部，用于觀測激光與各種狀態下的氣體相互作用的光學參數測量；所述氣體參數傳感器設置在所述復合氣流裝置主體內，包括溫度傳感器，濕度傳感器，壓力傳感器和風速傳感器，分別用于檢測氣體的溫度、濕度、壓力和風速；所述DSP控制器設置在所述復合氣流主體的外部，所述DSP控制器用于處理所述氣體參數傳感器數據、分析、存儲和顯示，同時還檢測和控制所述湍流循環系統的溫度與風速。...

【技術特征摘要】
1.一種大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置，其特征在于包括氣流發生裝置主體、湍流循環系統、進氣口、多光程系統、光學觀察窗口、氣體參數傳感器和DSP控制器； 所述氣流發生裝置主體為一個密閉的立方體結構，所述的湍流循環系統包括熱風循環系統和冷風循環系統，所述氣流發生裝置主體的一側設置所述熱風循環系統，所述氣流發生裝置主體的另一側設置所述冷風循環系統，所述熱風循環系統與所述冷風循環系統在氣流發生裝置內部的前面匯合，在氣流發生裝置內部的后面分流； 所述進氣口設置在所述氣流發生裝置主體上端，用于向氣流發生裝置主體內部加入不同組分的氣體，所述進氣口處設置有控制閥門，通過控制閥門對氣流發生裝置主體內加壓或抽真空以實現多種方式的大氣環境模擬； 所述多光程系統設置在所述復合氣流裝置主體中部的湍流區域內，多光程系統采用改進的Herriot型長光程模擬裝置，包括平面反射鏡和凹面反射鏡； 所述光學觀察窗口，位于所述的復合氣流主體的上端中間，位于湍流形成的頂部，用于觀測激光與各種狀態下的氣體相互作用的光學參數測量； 所述氣體參數傳感器設置在所述復合氣流裝置主體內，包括溫度傳感器，濕度傳感器，壓力傳感器和風速傳感器，分別用于檢測氣體的溫度、濕度、壓力和風速； 所述DSP控制器設置在所述復合氣流主體的外部，所述DSP控制器用于處理所述氣體參數傳感器數據、分析、存儲和顯示，同時還檢測和控制所述湍流循環系統的溫度與風速。2.如權利要求I所述的大氣湍流與激光相互作用的復合氣流發生裝置，其特征在于所述氣流發...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏計林，李旭峰，邱選兵，李晉紅，李坤，李傳亮，
申請(專利權)人：太原科技大學，
類型：發明
國別省市：