一种分段式大气湍流模拟装置

摘要

本发明提供一种分段式大气湍流模拟装置，包括：模拟室、温度测量系统和自动控制系统，其中模拟室分为强湍流发生室、温度精确控制室和弱湍流发生室，强湍流发生室、温度精确控制室和弱湍流发生室从左往右依次排列，每一室为长方体形，长方体形采用隔热材料制成，每一室中的中心位置开设有左右贯穿整个室的激光穿透孔，每一室底部固定有大小均匀的加热装置，每一室上端设有冷却系统，模拟室通过温度测量系统与自动控制系统相连。该方案通过强湍流发生室给定温度变化，温度精确控制室精确控制温度变化，弱湍流发生室产生弱湍流，从而实现了本装置内相干长度控制范围广，控制精度高；并通过自动控制系统进行温度控制，实现温度的快速变化。

说明书

技术领域

本发明涉及大气湍流模拟技术领域，尤其涉及一种分段式大气湍流模拟装置。

背景技术

在激光大气传输应用中，对大气湍流的描述一般包括大气折射率结构常数、相干长度等。但在实际大气中，大气湍流随时间、空间有着较大的变化，很难维持较为稳定的状态，这给激光大气传输效应的定量研究带来困难，而实验室模拟大气湍流有着较好的稳定性，并且可以进行控制和调节，从而模拟出不同参数的大气湍流状态。

目前，现有的大气湍流模拟装置基本上都是一段式，即在整段装置内控制温度来得到相应的大气折射率结构常数和相干长度。但是由于装置比较长，在控制温度上可能并不能使装置内每一处都有相同的温度，因此并不能精确控制其温度，这就使得大气折射率结构常数以及相干长度的控制范围较小、控制精度较低，从而导致得不到理想的结果。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种分段式大气湍流模拟装置。

一种分段式大气湍流模拟装置，所述装置包括：模拟室、温度测量系统和自动控制系统，其中所述模拟室分为强湍流发生室、温度精确控制室和弱湍流发生室，所述强湍流发生室、所述温度精确控制室和所述弱湍流发生室从左往右依次排列，每一室为长方体形，所述长方体形采用隔热材料制成，所述每一室中的中心位置开设有左右贯穿整个室的激光穿透孔，所述每一室底部固定有均匀分布的加热装置，所述每一室上端设有冷却系统，所述模拟室通过温度测量系统与自动控制系统相连。

在其中一个实施例中，所述模拟室的相邻两室之间设有封窗玻璃。

在其中一个实施例中，所述冷却系统由冷凝管和水冷循环系统组成。

在其中一个实施例中，所述温度测量系统由温度传感器、AD转换器和数据采集系统组成。

在其中一个实施例中，所述温度传感器均匀分布在所述模拟室的上下表面内。

在其中一个实施例中，所述自动控制系统具体为温控系统。

在其中一个实施例中，所述装置会还包括激光发射端和激光接收端，所述激光发射端位于所述模拟室的左侧，所激光接收端位于所述模拟室的右侧。

上述一种分段式大气湍流模拟装置，通过强湍流发生室给定温度变化；利用温度精确控制室精确控制温度变化；再通过弱湍流发生室产生弱湍流，通过模拟室中各室的协调运行，从而实现了本装置内相干长度控制范围广，控制精度高，并且通过冷却系统、加热装置、温度测量系统和自动控制系统让温度变化变得方便。

附图说明

图1为一个实施例中一种分段式大气湍流模拟装置的结构示意图；

图2为一个实施例中强湍流发生室的结构示意图。

附图中，模拟室1、强湍流发生室11、温度精确控制室12、弱湍流发生室13、封窗玻璃14、冷却系统2、冷凝管21、加热装置3、激光穿透孔4、温度测量系统5、温度传感器51、自动控制系统6、激光发射端7、激光接收端8。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，提供了一种分段式大气湍流模拟装置，包括模拟室1、温度测量系统5和自动控制系统6，其中模拟室1分为强湍流发生室11、温度精确控制室12和弱湍流发生室13，强湍流发生室11、温度精确控制室12和弱湍流发生室13从左往右依次排列，每一室为长方体形，长方体形采用隔热材料制成，每一室中的中心位置开设有左右贯穿整个室的激光穿透孔4，每一室底部固定有大小均匀且均匀分布的加热装置3，每一室上端设有冷却系统2，模拟室1通过温度测量系统5与自动控制系统6相连。而模拟室1中的相邻两室之间设有封窗玻璃14，而每一室的激光穿透孔4再不需要时均可以用封窗玻璃14关闭。冷却系统2由冷凝管21和水冷循环系统组成；温度测量系统5由温度传感器51、AD转换器和数据采集系统组成，其中温度传感器51呈周期性的均匀分布在模拟室1的上下表面内，分别用于测量模拟室1内上下表面各自的温度，AD转换器将温度传感器51测量的温度接收并传送至数据采集系统中。数据采集系统将测量到的温度传送至自动控制系统6中。自动控制系统6具体为温控系统，基于接收到的温度，从而控制整个模拟室1中的温度变化。温度测量系统5和自动控制系统6之间通过电连接。激光发射端7和激光接收端8分别设置在模拟室1的左右两侧，分别用于发射和接收激光。其中，强湍流发生室11用于产生一个较大的湍流；温度精确控制室12用于计算出强湍流发生室11所产生湍流的相干长度以及精确控制温度，产生精度较高的相干长度；弱湍流发生室13用于产生一个弱湍流，得到较大的相干长度；激光穿透孔4用于让激光在湍流装置中央传输；加热装置3使用的是铸铝加热板，用于控制模拟室1下表面温度；冷却系统2用于控制上表面温度。

具体地，在模拟时，需要将激光发射端7和激光接收端8打开，分别进行发射和接收激光。激光穿透孔4中间的空气与激光相互作用使得湍流在激光接收端8表现出来。产生强湍流时，首先关闭弱湍流发生室13，即将温度精确控制室12和弱湍流发生室13之间的封窗玻璃14关闭，通过冷却系统2、加热装置3、温度测量系统5和自动控制系统6进行温度调整，让模拟室1保持上下表面温度相同，再控制强湍流发生室11的温度，产生一个较大的湍流，接着精确控制温度精确控制室12的温度以达到预期的结果。产生弱湍流时，首先关闭强湍流发生室11和温度精确控制室12，即关闭对应的封窗玻璃14，通过冷却系统2、加热装置3、温度测量系统5和自动控制系统6进行温度调整，使模拟室1上下表面温度相同，再控制弱湍流发生室13的温度以达到预期的结果。本质是通过利用不同室能达到不同湍流大小的作用，通过控制三室的温度以及三室协调运行，来达到想要的相干长度大小的目的。

在一段式的大气湍流模拟装置中，由于装置较长，体积较大，精确控制装置内的整体温度变化保持一致十分困难。因此需要减少装置内需精确控制温度变化部分的范围，本方案将装置分为三段，第一段(强湍流发生室)负责给定此段的温度变化，第二段(温度精确控制室)负责精确控制温度，这样便能精确控制该段内的整体温度变化。同时，由于精确控制温度变化部分的体积变小，故控制更加方便。

由相干长度的公式可知，装置长度越长，则相干长度越短。在一段式的大气湍流模拟装置中，由于是在整个装置中测相干长度，故相干长度的最大值也不会很大，这就导致其控制范围较小，极有可能不能达到理想的长度，本装置在第三段(弱湍流发生室)能够提高相干长度的范围，装置第三段的长度设置较小(通常设置为0.2m)，这样由相干长度和装置长度的关系可知，相干长度的范围便能够提升很大，同时也可以根据想要得到的相干长度大小调整第三段的长度，这样更加灵活的设置完全可以达到理想的结果。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。