海面大氣湍流模擬裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海面大氣湍流模擬裝置，包括均與控制器相連的箱體系統(tǒng)、橫向風循環(huán)系統(tǒng)和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；所述橫向風循環(huán)系統(tǒng)架設在箱體系統(tǒng)上方，所述濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)安裝在箱體系統(tǒng)下方，橫向風循環(huán)系統(tǒng)和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別通過管道與箱體系統(tǒng)相連通；所述箱體系統(tǒng)用于形成密閉的內(nèi)部空間，模擬垂直方向的湍流，在其內(nèi)部通過橫向風循環(huán)系統(tǒng)模擬水平方向的湍流，通過濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)內(nèi)部濕度和/或模擬海面上的鹽霧；所述控制器用于控制箱體系統(tǒng)中的溫度，濕度和風速。本發(fā)明能夠產(chǎn)生垂直方向和水平方向的湍流，并且擁有濕度調(diào)節(jié)功能更為真實地模擬海面大氣湍流。
【專利說明】
海面大氣湍流模擬裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種海面大氣湍流模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在海面上進行激光傳輸?shù)倪^程中，激光束除了受到大氣的吸收和散射外，還受到大氣折射的影響。由于大氣內(nèi)部溫度梯度、壓強梯度等因素的影響，大氣在水平和垂直方向上都進行著不規(guī)則的隨機運動，形成大氣湍流。大氣湍流引起大氣的折射率不僅在空間分布不均勻，而且還會隨著時間發(fā)生隨機動態(tài)變化，導致光束的波前(即相位)在傳播過程中發(fā)生動態(tài)畸變。在大氣湍流的影響下，激光光束會出現(xiàn)閃爍、漂移、到達角起伏等現(xiàn)象。海面大氣湍流與陸地大氣湍流相比，其特殊性主要體現(xiàn)在，海水的蒸發(fā)使得海面大氣中的水分子濃度比陸地更高，大氣濕度更大，而水分子濃度的增加使得光束在大氣中傳播的過程變得更加復雜，對光束的強度和波前均會產(chǎn)生一定影響；因此研究大氣湍流對激光傳輸?shù)男Ｕ兄匾囊饬x。由于實地試驗的費用昂貴，易受天氣等因素的限制，湍流模擬裝置得到廣泛應用。
[0003]目前國內(nèi)外已有較多的大氣湍流模擬裝置，現(xiàn)有的大氣模擬裝置有熱風式大氣湍流模擬裝置，還有受迫對流式大氣湍流模擬裝置。但是目前還沒有用于模擬海面大氣湍流的實驗裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明填補了現(xiàn)有技術(shù)的空白，提供了一種海面大氣湍流模擬裝置。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種海面大氣湍流模擬裝置，包括均與控制器相連的箱體系統(tǒng)、橫向風循環(huán)系統(tǒng)和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng);所述橫向風循環(huán)系統(tǒng)架設在箱體系統(tǒng)上方，所述濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)安裝在箱體系統(tǒng)下方，橫向風循環(huán)系統(tǒng)和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別通過管道與箱體系統(tǒng)相連通;所述箱體系統(tǒng)用于形成密閉的內(nèi)部空間，模擬垂直方向的湍流，在其內(nèi)部通過橫向風循環(huán)系統(tǒng)模擬水平方向的湍流，通過濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)內(nèi)部濕度和/或模擬海面上的鹽霧;所述控制器用于控制箱體系統(tǒng)中的溫度，濕度和風速。
[0006]進一步地，所述箱體系統(tǒng)包括:第一光學窗口、第二光學窗口、可控加熱網(wǎng)、可控冷卻板、至少兩個溫度傳感器、濕度傳感器、畢托管風速計、帶傾角下底板、傳感器輸出接口、箱體;其中，所述第一光學窗口和第二光學窗口分別安裝在箱體的前后兩側(cè)，它們的中軸線重合;所述可控冷卻板設置在箱體的頂部，所述可控加熱網(wǎng)橫架在箱體內(nèi)，將箱體分隔成上腔室和下腔室;所述可控冷卻板和可控加熱網(wǎng)產(chǎn)生的上下溫度差用以產(chǎn)生垂直方向的湍流對流;在上腔室中沿垂直湍流方向設置至少兩個溫度傳感器，用來測量箱體內(nèi)的溫度梯度分布;所述畢托管風速計懸掛在上腔室中，用于測量橫向風循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生水平方向風的風速;所述濕度傳感器設置在上腔室中，用來測量箱體內(nèi)部的濕度;所述帶傾角下底板安裝于箱體的底部，可以導流排出裝置運行過程中在箱體中凝聚的液體;所述箱體上設有傳感器輸出接口；所述溫度傳感器、濕度傳感器、畢托管風速計均通過傳感器輸出接口與控制器相連;所述可控加熱網(wǎng)和可控冷卻板均與控制器相連。
[0007]進一步地，所述橫向風循環(huán)系統(tǒng)包括第一調(diào)速風機、循環(huán)管、網(wǎng)柵;其中，所述第一調(diào)速風機安裝在循環(huán)管的管路上，通過調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來改變橫向水平風速;所述循環(huán)管的進風口與箱體的一側(cè)相連通，循環(huán)管的出風口與箱體的另一側(cè)相連通，所述循環(huán)管的進風口和出風口同軸線;所述循環(huán)管的出風口處設置網(wǎng)柵，使出風口的風均勻化;所述第一調(diào)速風機與控制器相連。
[0008]進一步地，所述濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括抽氣排液管、廢液池、第二調(diào)速風機、可調(diào)分流閥、空氣干燥機、超聲波鹽霧發(fā)生器、霧氣輸送管;其中，所述抽氣排液管位于帶傾角下底板的低側(cè)，抽氣排液管的入口與箱體的底部相連通，用以排出廢液;所述抽氣排液管的第一出口與廢液池相連通，廢液池用于存儲流出的廢液;所述抽氣排液管的第二出口與第二調(diào)速風機的進風口相連，所述第二調(diào)速風機水平布置，通過調(diào)節(jié)第二調(diào)速風機轉(zhuǎn)速來改變箱體內(nèi)空氣循環(huán)的速度;第二調(diào)速風機的出風口與可調(diào)分流閥的入口相連，可調(diào)分流閥的第一出口與空氣干燥機的入口相連，可調(diào)分流閥的第二出口與超聲波鹽霧發(fā)生器的入口相連，可調(diào)分流閥將抽出的氣體按設定的比例分別送往空氣干燥機和超聲波鹽霧發(fā)生器;空氣干燥機的出口和超聲波鹽霧發(fā)生器的出口均與霧氣輸送管的入口端相連，霧氣輸送管的入口端與箱體相連通，將干燥空氣和霧氣混合后重新充入箱體中；所述第二調(diào)速風機和可調(diào)分流閥均與控制器相連。
[0009]進一步地，所述抽氣排液管與箱體連接處的口徑為兩倍于抽氣排液管的管徑。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:(I)在箱體中產(chǎn)生冷熱氣體對流，橫向風循環(huán)系統(tǒng)能產(chǎn)生水平風，因此系統(tǒng)能夠更好地模擬自然環(huán)境中湍流狀況。(2)由于采用密閉式的橫向風循環(huán)系統(tǒng)，因此在產(chǎn)生橫向風的同時減少了對箱體內(nèi)部因素，如溫度、濕度的影響。(3)可控的濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠模擬海面上的濕度狀況，此外該系統(tǒng)也能夠模擬海面上的鹽霧環(huán)境。(4)加熱網(wǎng)和抽氣排液管的設計則是減少了濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對另外兩個子系統(tǒng)帶來的干擾。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例的的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明實施例的剖面示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實施例的電路連接圖；
[0014]圖中，箱體系統(tǒng)1、橫向風循環(huán)系統(tǒng)2、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3、第一光學窗口101、第二光學窗口 102、可控加熱網(wǎng)103、可控冷卻板104、溫度傳感器105、濕度傳感器106、畢托管風速計107、帶傾角下底板108、傳感器輸出接口 109、箱體110、第一調(diào)速風機201、循環(huán)管202、網(wǎng)柵203、抽氣排液管301、廢液池302、第二調(diào)速風機303、可調(diào)分流閥304、空氣干燥機305、超聲波鹽霧發(fā)生器306、霧氣輸送管307。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0016]如圖1-2所示，本發(fā)明的海面湍流模擬裝置包括均與控制器相連的箱體系統(tǒng)1、橫向風循環(huán)系統(tǒng)2和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3。所述橫向風循環(huán)系統(tǒng)2架設在箱體系統(tǒng)I上方，所述濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3安裝在箱體系統(tǒng)I下方，橫向風循環(huán)系統(tǒng)2和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3分別通過管道與箱體系統(tǒng)I相連通。所述箱體系統(tǒng)I用于形成密閉的內(nèi)部空間，模擬垂直方向的湍流，在其內(nèi)部通過橫向風循環(huán)系統(tǒng)2模擬水平方向的湍流，通過濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3模擬調(diào)節(jié)內(nèi)部濕度和/或模擬海面上的鹽霧;所述控制器用于控制箱體系統(tǒng)I中的溫度，濕度和風速。激光束在箱體的模擬湍流環(huán)境中傳播。由于海面大氣湍流的影響因素主要有溫度、風速、大氣濕度。該湍流模擬裝置考慮了如上因素，并分別利用三個系統(tǒng)來模擬三個因素，使得箱體中的湍流環(huán)境和真實海面大氣湍流環(huán)境更為接近。
[0017]如圖1-2所示，所述箱體系統(tǒng)I包括:第一光學窗口 101、第二光學窗口 102、可控加熱網(wǎng)103、可控冷卻板104、三個溫度傳感器105、濕度傳感器106、畢托管風速計107、帶傾角下底板108、傳感器輸出接口 109、箱體110。其中，所述第一光學窗口 101和第二光學窗口 102分別安裝在箱體110的前后兩側(cè)，它們的中軸線重合。所述可控冷卻板104設置在箱體110的頂部，所述可控加熱網(wǎng)103橫架在箱體110內(nèi)，將箱體110分隔成上腔室和下腔室。所述可控冷卻板104和可控加熱網(wǎng)103產(chǎn)生的上下溫度差用以產(chǎn)生垂直方向的湍流對流。在上腔室中沿垂直湍流方向設置三個溫度傳感器105，用來測量箱體I內(nèi)的溫度梯度分布。所述畢托管風速計107懸掛在上腔室中，用于測量橫向風循環(huán)系統(tǒng)2產(chǎn)生水平方向風的風速。所述濕度傳感器106設置在上腔室中，用來測量箱體110內(nèi)部的濕度。所述帶傾角下底板108安裝于箱體110的底部，可以導流排出裝置運行過程中在箱體110中凝聚的液體。所述箱體110上設有傳感器輸出接口 109。可控加熱網(wǎng)103、可控冷卻板104、溫度傳感器105、濕度傳感器106、畢托管風速計107均通過傳感器輸出接口 109與控制器相連。所述可控加熱網(wǎng)103和可控冷卻板104均與控制器相連。箱體系統(tǒng)I的設計考慮了與之相連通的另外兩個系統(tǒng)對其造成的影響?？煽丶訜峋W(wǎng)103除了能夠產(chǎn)生溫差形成對流湍流外，還用以減少濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對湍流的影響，避免不可控湍流的形成。此外由于濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3還被用以排出箱體110內(nèi)冷凝的水蒸氣，增加濕度的可控性。
[0018]所述的橫向風循環(huán)系統(tǒng)2包括第一調(diào)速風機201、循環(huán)管202、網(wǎng)柵203。其中，所述第一調(diào)速風機201安裝在循環(huán)管202的管路上，通過調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)電機201的轉(zhuǎn)速來改變橫向水平風速。所述循環(huán)管202的進風口與箱體110的一側(cè)相連通，循環(huán)管202的出風口與箱體110的另一側(cè)相連通，所述循環(huán)管202的進風口和出風口同軸線。所述循環(huán)管202的出風口處設置網(wǎng)柵203，使出風口的風均勻化。所述第一調(diào)速風機201與控制器相連。橫向風循環(huán)系統(tǒng)2的設計為密閉狀態(tài)，產(chǎn)生橫向風時減少對內(nèi)部濕度溫度的影響。
[0019]所述濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)3包括抽氣排液管301、廢液池302、第二調(diào)速風機303、可調(diào)分流閥304、空氣干燥機305、超聲波鹽霧發(fā)生器306、霧氣輸送管307。其中，所述抽氣排液管301位于帶傾角下底板108的底側(cè)，抽氣排液管301的入口與箱體110的底部相連通，用以排出廢液。所述抽氣排液管301的第一出口與廢液池302相連通，廢液池302用于存儲流出的廢液。所述抽氣排液管301的第二出口與第二調(diào)速風機303的進風口相連，所述第二調(diào)速風機303水平布置，通過調(diào)節(jié)第二調(diào)速風機303轉(zhuǎn)速來改變箱體110內(nèi)空氣循環(huán)的速度。第二調(diào)速風機303的出風口與可調(diào)分流閥304的入口相連，可調(diào)分流閥304的第一出口與空氣干燥機305的入口相連，可調(diào)分流閥304的第二出口與超聲波鹽霧發(fā)生器306的入口相連，可調(diào)分流閥304將抽出的氣體按設定的比例分別送往空氣干燥機305和超聲波鹽霧發(fā)生器306?？諝飧稍餀C305的出口和超聲波鹽霧發(fā)生器306的出口均與霧氣輸送管307的入口端相連，霧氣輸送管307的入口端與箱體110相連通，將干燥空氣和霧氣混合后重新充入箱體110中。所述第二調(diào)速風機303和可調(diào)分流閥304均與控制器相連。
[0020]所述抽氣排液管301與箱體110連接處的口徑為兩倍于抽氣排液管301的管徑，減少抽氣對內(nèi)部氣流的影響。
[0021]所述控制器可以采用七星蟲公司STM32F103VCT6的控制板，但不限于此。
[0022]本發(fā)明的工作過程如下:
[0023]激光束由第一光學窗口 101入射，經(jīng)過箱體110內(nèi)的空氣后，從第二光學窗口 102出射。在超聲波鹽霧發(fā)生器306中加入水或是為了模擬海上鹽霧狀況的鹽溶液。打開超聲波鹽霧發(fā)生器306和空氣干燥機305。通過控制器設定可控加熱網(wǎng)103和可控冷卻板104需要達到的溫度，箱體110中設定需要的濕度和風速。如圖3所示，濕度傳感器106測得箱體110中的濕度，并傳輸回控制器，控制器根據(jù)當前濕度值和設定濕度值進行比較，由設定值和實際值得差值控制第二調(diào)速風機303的轉(zhuǎn)速，同時利用可調(diào)分流閥304調(diào)節(jié)干燥空氣和霧氣的比例，實現(xiàn)對濕度的控制。畢托管風速計獲得箱體110內(nèi)當前水平風速，并將風速傳輸?shù)娇刂破髦?，控制器控制第一調(diào)速風機201的轉(zhuǎn)速，達到控制風速的效果。觀察傳感器輸出的數(shù)據(jù)直到溫度、風速和濕度達到所需要求，即可得到所需要模擬的湍流環(huán)境。
【主權(quán)項】
1.一種海面大氣湍流模擬裝置，其特征在于:包括均與控制器相連的箱體系統(tǒng)(I)、橫向風循環(huán)系統(tǒng)(2)和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)等;所述橫向風循環(huán)系統(tǒng)(2)架設在箱體系統(tǒng)(I)上方，所述濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)安裝在箱體系統(tǒng)(I)下方，橫向風循環(huán)系統(tǒng)(2)和濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)分別通過管道與箱體系統(tǒng)(I)相連通;所述箱體系統(tǒng)(I)用于形成密閉的內(nèi)部空間，模擬垂直方向的湍流，在其內(nèi)部通過橫向風循環(huán)系統(tǒng)(2)模擬水平方向的湍流，通過濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)模擬調(diào)節(jié)內(nèi)部濕度和/或模擬海面上的鹽霧;所述控制器用于控制箱體系統(tǒng)(I)中的溫度，濕度和風速。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面大氣湍流模擬裝置，其特征在于:所述箱體系統(tǒng)(I)包括:第一光學窗口(101)、第二光學窗口(102)、可控加熱網(wǎng)(103)、可控冷卻板(104)、至少兩個溫度傳感器(105)、濕度傳感器(106)、畢托管風速計(107)、帶傾角下底板(108)、箱體(110);其中，所述第一光學窗口(101)和第二光學窗口(102)分別安裝在箱體(110)的前后兩側(cè)，它們的中軸線重合;所述可控冷卻板(104)設置在箱體(110)的頂部，所述可控加熱網(wǎng)(103)橫架在箱體(110)內(nèi)，將箱體(110)分隔成上腔室和下腔室;在上腔室中沿垂直湍流方向設置至少兩個溫度傳感器(105);所述畢托管風速計(107)懸掛在上腔室中；所述濕度傳感器(106)設置在上腔室中；所述帶傾角下底板(108)安裝于箱體(110)的底部;所述箱體(110)上設有傳感器輸出接口( 109);所述溫度傳感器(105)、濕度傳感器(106)、畢托管風速計(107)、可控加熱網(wǎng)(103)和可控冷卻板(104)均與控制器相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海面大氣湍流模擬裝置，其特征在于:橫向風循環(huán)系統(tǒng)(2)包括第一調(diào)速風機(201)、循環(huán)管(202)、網(wǎng)柵(203);其中，所述第一調(diào)速風機(201)安裝在循環(huán)管(202)的管路上;所述循環(huán)管(202)的進風口與箱體(110)的一側(cè)相連通，循環(huán)管(202)的出風口與箱體(110)的另一側(cè)相連通，所述循環(huán)管(202)的進風口和出風口同軸線；所述循環(huán)管(202)的出風口處設置網(wǎng)柵(203);所述第一調(diào)速風機(201)與控制器相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海面大氣湍流模擬裝置，其特征在于:所述濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(3)包括抽氣排液管(301)、廢液池(302)、第二調(diào)速風機(303)、可調(diào)分流閥(304)、空氣干燥機(305)、超聲波鹽霧發(fā)生器(306)、霧氣輸送管(307);其中，所述抽氣排液管(301)位于帶傾角下底板(108)的低側(cè)，抽氣排液管(301)的入口與箱體(110)的底部相連通;所述抽氣排液管(301)的第一出口與廢液池(302)相連通;所述抽氣排液管(301)的第二出口與第二調(diào)速風機(303)的進風口相連，所述第二調(diào)速風機(303)水平布置;第二調(diào)速風機(303)的出風口與可調(diào)分流閥(304)的入口相連，可調(diào)分流閥(304)的第一出口與空氣干燥機(305)的入口相連，可調(diào)分流閥(304)的第二出口與超聲波鹽霧發(fā)生器(306)的入口相連；空氣干燥機(305)的出口和超聲波鹽霧發(fā)生器(306)的出口均與霧氣輸送管(307)的入口端相連，霧氣輸送管(307)的入口端與箱體(110)相連通;所述第二調(diào)速風機(303)和可調(diào)分流閥(304)均與控制器相連。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海面大氣湍流模擬裝置，其特征在于:所述抽氣排液管(301)與箱體(110)連接處的口徑為兩倍于抽氣排液管(301)的管徑。
【文檔編號】G05D27/02GK106066657SQ201610579851
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月20日
【發(fā)明人】宋宏, 樓利旋, 張嘉恒, 楊萍, 方美芬
【申請人】浙江大學