CN107101799A - 入射角可变多层式大气湍流模拟装置 - Google Patents

入射角可变多层式大气湍流模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种入射角可变多层式大气湍流模拟装置，包括用于构成多层湍流通道的下底板、上顶板和活动隔板，活动隔板可根据实验需要在导轨上活动，用以维持活动隔板之间平行并测量长度参数的工型尺、产生热风式湍流的送风模块、测量内部湍流特性的传感器模块。本发明的送风模块数量、活动隔板尺寸和位置可调整，且具有多个嵌套板，能够适用于模拟更多分层式大气湍流状况，并能灵活调节光学窗口和激光束所成的夹角，且在调节的过程中，利用了平行四边形原理使得激光束所通过的湍流部分的路程不变；本发明传感器模块安装和移动方便，且装置上带有刻度尺，便于读取长度。

Description

入射角可变多层式大气湍流模拟装置
技术领域
本发明涉及大气湍流模拟装置，尤其涉及一种入射角可变多层式大气湍流模拟装置。
背景技术
在大气中进行激光传输的过程中，激光束除了受到大气的吸收和散射外，还容易受到大气湍流的影响。激光束可能发生闪烁、漂移、到达角起伏和波奇畸变等现象。而我们对大气湍流的处理方法是假定在激光传输的路径上湍流的统计特性是一致的。然而在实际情况下，当激光束在天顶角接近90度的情况下，在近地面传输时，由于大气温度受下垫面的影响十分明显，激光束极有可能穿过多层不同温度和风速的大气湍流。而这种多层式的湍流又会对入射角不同的激光束产生不同的影响。激光在不同的风速和温度湍流中受到不同程度的影响，而这些影响可能存在叠加或者抵消。而激光束在两层湍流之间会发生折射，导致激光束的到达角起伏变化幅度增大。目前国内外的大气湍流模拟装置主要集中在通过不同的方式例如热风式和受迫对流式来生成大气湍流，或者是通过加入控制系统来更好地控制大气湍流，但是目前还没有用于模拟不同的入射角下激光在多层大气湍流中传输的大气湍流模拟装置。
发明内容
为模拟不同入射角下激光在多层大气湍流中的传播情况，本发明提出了一种入射角可变多层式大气湍流模拟装置，具体技术方案如下：
一种入射角可变多层式大气湍流模拟装置，其包括下底板1、支柱2、上顶板3、活动隔板4、工型尺5、送风模块6和传感器模块7，所述的支柱2的两端分别与所述的下底板1和所述的上顶板3固定连接；多个所述的活动隔板4垂直夹设在所述的下底板1和所述的上顶板3之间，并与所述的下底板1和所述的上顶板3共同形成若干两端开口的气流管道，用于通过空气湍流；所述的活动隔板4靠近所述下底板1的一面上有缺口，所述的工型尺5穿过所述的缺口并卡接在所述的下底板1上；所述的送风模块6夹设在所述的活动隔板之间，并与控制器相连，所述的传感器模块7放置于所述的管道内部。
进一步的，所述的下底板1和所述的上顶板3对应位置均设置有凹槽，用于作为所述的活动隔板4的导轨；所述的下底板1上与所述的活动隔板4平行的侧边上印有刻度，用于显示所述的工型尺5与所述的凹槽之间的距离。
更进一步的，所述的活动隔板4包括伸缩外板401、伸缩内板402、旋转柱403、光学窗口板404和导气尾板405，所述的伸缩外板401滑动地嵌套在所述的伸缩内板402上，从而可以通过改变板面的长度适应不同尺寸和不同位置的所述的送风模块6，并将空气湍流导入到平行的所述的活动隔板4之间；所述的旋转柱403两端嵌入到所述的下底板1和所述的上顶板3所述的凹槽中，所述的旋转柱403可在所述的凹槽中滑动；所述的伸缩内板402与所述的光学窗口板404均连接在所述的旋转柱403上，并可绕所述的旋转柱403旋转；所述的导气尾板405与光学窗口板404铰接连接，所述的缺口位于所述的导气尾板405上，且靠近铰接处；所述的工型尺5穿过所述导气尾板405上的所述的缺口。
进一步的，所述的传感器模块7包括装有蓄电池、单片机和蓝牙模块的主体部分701、固定于所述主体部分701上的吸盘702、温度传感器703和风速传感器704，所述的吸盘(702)用于将所述的传感器模块7固定于所述的管道壁上，所述的传感器模块7实时监测所述的管道内部的风速和温度，并且将信息通过所述的蓝牙模块实时传递到所述的控制器上。
进一步的，所述的工型尺5两端的厚度大于中间段，从而使其有刻度的边与所述的下底板1有刻度的边线垂直，同时使所述的工型尺5能够沿着边线滑动。
进一步的，所述的支柱2为四个，分别固定在所述的下底板1的四个角上，所述的支柱2上端固定有螺杆，所述的上顶板3四个角对应位置有一个圆孔，供所述的螺杆穿过，并用螺母将所述的上顶板3和所述的支柱2固定在一起。
本发明的有益效果是：
本发明的送风模块数量、活动隔板尺寸和位置可调整，且具有多个嵌套板，能够适用于模拟更多分层式大气湍流状况，并能灵活调节光学窗口和激光束所成的夹角，且在调节的过程中，利用了平行四边形原理使得激光束所通过的湍流部分的路程不变；本发明传感器模块安装和移动方便，且装置上带有刻度尺，便于读取长度。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例去掉顶板后的结构示意图；
图3是本发明实例中工型尺的细节图；
图4是本发明实例中工型尺穿过活动隔板的细节图；
图5是本发明实施例中传感器模块的结构示意图；
图6为本发明实施例的电路连接图；
图中，下底板1、支柱2、上顶板3、活动隔板4、工型尺5、送风模块6、传感器模块7、伸缩外板401、伸缩内板402、旋转柱403、光学窗口板404、导气尾板405、装有蓄电池、单片机和蓝牙模块的主体部分701、固定于主体上的吸盘702、温度传感器703和风速传感器704。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-4所示，本发明的入射角可变多层式大气湍流模拟装置包括下底板1、四根支柱2、上顶板3、活动隔板4、工型尺5、送风模块6和传感器模块7，四根支柱2分别固定在下底板的四个角上，支柱2的下端与下底板1固定连接，方形支柱2的上端固定有螺杆，上顶板3的四个角上分别有四个圆孔，可以使得支柱2的螺杆穿过，并用螺母将上顶板3和支柱2固定在一起，从而与下底板1形成一个夹层；多个活动隔板4垂直夹设在下底板1和上顶板3之间，并与下底板1和上顶板3共同形成若干两端开口的气流管道，用于通过空气湍流；下底板1和上顶板3对应位置均设置有凹槽，用于作为活动隔板4的导轨，下底板1上与活动隔板4平行的侧边上印有刻度，用于显示工型尺5与凹槽之间的距离；活动隔板4靠近下底板1的一面上有缺口，工型尺5穿过缺口并卡接在所述的下底板1上，工型尺5两端的厚度大于中间段，保证能够和下底板1有刻度的那条边线垂直，同时能够沿着边线滑动。送风模块6夹设在活动隔板4之间，并与控制器相连，传感器模块7放置于管道内部。
活动隔板4包括伸缩外板401、伸缩内板402、旋转柱403、光学窗口板404和导气尾板405，伸缩外板401滑动地嵌套在伸缩内板402上，从而可以通过改变板面的长度适应不同尺寸和不同位置的送风模块6，并将空气湍流导入光学窗口板404之间，旋转柱403两端嵌入到下底板1和上顶板3的凹槽中，并可在所述的凹槽中滑动；伸缩内板402与光学窗口板(404)均连接在旋转柱403上，并可绕旋转柱403旋转；导气尾板405与光学窗口板404铰接连接，活动隔板4上的缺口位于导气尾板405上，且靠近铰接处，工型尺5穿过导气尾板405中的缺口；
如图5、6所示，传感器模块7包括装有蓄电池、单片机和蓝牙模块的主体部分701、吸盘702、温度传感器703和风速传感器704，温度传感器703和风速传感器704分别固定在主体部分701上，用来测量湍流内部的风速和温度，并将测得的数据传输给单片机，而单片机再通过蓝牙模块将信号实时传递给外界的控制器，而控制器和送风模块6连接在一起，可以用来控制送风模块风机的转速和加热器的功率。吸盘702固定在主体部分701上，用于将传感器模块7吸附在湍流管道臂上，并且可以根据实际需求任意改变位置。
单片机和控制器可以采用51单片机STC15W4K56S4，但不限于此。
本发明的工作过程如下：
首先根据实验确定所需湍流的层数和湍流的具体情况来选择活动隔板4和送风模块6的数量。将活动隔板4的旋转柱403嵌入下底板1的凹槽中，将工型尺5穿过导气尾板405的缺口，并使其两端嵌入下底板1，使得工型尺5带刻度的一边和下底板1带有刻度的一边垂直；调节工型尺5和旋转柱403的位置，保证所有的光学窗口板404保持平行，这样旋转柱403之间的距离也可以通过工型尺5测量。利用传感器模块7的吸盘702将传感器固定于通道内，利用下底板1和工型尺5上的刻度读取长度，从而确定激光束8和光学窗口板404所形成的入射角。完成调节之后将上顶板3用螺母固定于支柱2上，形成封闭的管路，如图1所示。
激光束8垂直于下底板1的一条短边入射，经过多层光学窗口板404和其中的气流后出射。将送风模块6安置于入风口，并且通过风机和加热器往管内输送热风式湍流。内部的传感器模块7将测量得到的温度和风速反馈到控制器，控制器根据设定的温度和风速对送风模块6进行控制，进而使得内部的温度和风速达到要求。
调节工型尺5和旋转柱403的位置，可以改变光学窗口板404的位置，从而改变了激光束8的入射角。通过多层光学窗口板404将多层不同参数的湍流分隔开来，从而实现激光束在多层不同的湍流中传输。

Claims (6)

1.一种入射角可变多层式大气湍流模拟装置，其包括下底板(1)、支柱(2)、上顶板(3)、活动隔板(4)、工型尺(5)、送风模块(6)和传感器模块(7)等，所述的支柱(2)的两端分别与所述的下底板(1)和所述的上顶板(3)固定连接；多个所述的活动板(4)垂直夹设在所述的下底板(1)和所述的上顶板(3)之间，并与所述的下底板(1)和所述的上顶板(3)共同形成若干两端开口的气流管道，用于通过空气湍流；所述的活动隔板(4)靠近所述下底板(1)的一面上有缺口，所述的工型尺(5)穿过所述的缺口并卡接在所述的下底板(1)上；所述的送风模块(6)夹设在所述的活动隔板之间，并与控制器相连，所述的传感器模块(7)放置于所述的管道内部。
2.根据权利要求1所述的入射角可变多层式大气湍流模拟装置，所述的下底板(1)和所述的上顶板(3)对应位置均设置有凹槽，用于作为所述的活动隔板(4)的导轨；所述的下底板(1)上与所述的活动隔板(4)平行的侧边上印有刻度，用于显示所述的工型尺(5)与所述的凹槽之间的距离。
3.根据权利要求2所述的入射角可变多层式大气湍流模拟装置，所述的活动隔板(4)包括伸缩外板(401)、伸缩内板(402)、旋转柱(403)、光学窗口板(404)和导气尾板(405)，所述的伸缩外板(401)滑动地嵌套在所述的伸缩内板(402)上，从而可以通过改变板面的长度适应不同尺寸和不同位置的所述的送风模块(6)，并将空气湍流导入到平行的所述的活动隔板(4)之间；所述的旋转柱(403)两端嵌入到所述的下底板(1)和所述的上顶板(3)所述的凹槽中，所述的旋转柱(403)可在所述的凹槽中滑动；所述的伸缩内板(402)与所述的光学窗口板(404)均连接在所述的旋转柱(403)上，并可绕所述的旋转柱(403)旋转；所述的导气尾板(405)与光学窗口板(404)铰接连接，所述的缺口位于所述的导气尾板(405)上，且靠近铰接处；所述的工型尺(5)穿过所述导气尾板(405)上的所述的缺口。
4.根据权利要求1或2或3所述的入射角可变多层式大气湍流模拟装置，所述的传感器模块(7)包括装有蓄电池、单片机和蓝牙模块的主体部分(701)、固定于所述主体部分(701)上的吸盘(702)、温度传感器(703)和风速传感器(704)，所述的吸盘(702)用于将所述的传感器模块(7)固定于所述的管道壁上，所述的传感器模块(7)实时监测所述的管道内部的风速和温度，并且将信息通过所述的蓝牙模块实时传递到所述的控制器上。
5.根据权利要求4所述的入射角可变多层式大气湍流模拟装置，所述的工型尺(5)两端的厚度大于中间段，从而使其有刻度的边与所述的下底板(1)有刻度的边线垂直，同时使所述的工型尺(5)能够沿着边线滑动。
6.根据权利要求4所述的入射角可变多层式大气湍流模拟装置，所述的支柱(2)为四个，分别固定在所述的下底板(1)的四个角上，所述的支柱(2)上端固定有螺杆，所述的上顶板(3)四个角对应位置有一个圆孔，供所述的螺杆穿过，并用螺母将所述的上顶板(3)和所述的支柱(2)固定在一起。
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