CN115424505A - 环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置及方法，装置包括光学面包板平台，还包括长光程池和光路耦合系统；长光程池包括保温隔热保护罩、入射球面反射镜、出射球面反射镜、调节机构、温湿度传感器模块、温度调节装置以及湿度调节装置；入射球面反射镜和出射球面反射镜均为凹面镜；所述入射球面反射镜和出射球面反射镜均设置于保温隔热保护罩中，且二者的反射面相对设置；所述光路耦合系统包括光纤准直器、模式匹配透镜和角度调节反射镜，激光依次通过光纤准直器、模式匹配透镜和角度调节反射镜；激光在本发明的长光程池中经过多次反射，可实现公里级的光程传输，如此使得本发明能够模拟激光在大气中公里级的传输测试。
Description
技术领域
本发明涉及光谱吸收模拟技术领域，具体为环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置及方法。
背景技术
为了更好的研究激光在大气中的传输问题，需要使用到可模拟大气传输环境的模拟装置。申请号为CN201110042703.7的中国发明专利公开了一种大气环境模拟装置，该大气环境模拟装置包括单节模拟装置、真空装置、配气装置、参数控制器、数据采集器、加湿装置以及制冷系统；单节模拟装置包括气密的单节管道和装在单节管道内部的单向风模拟发生器、湍流效应模拟发生器、温度传感器、湿度传感器以及压力传感器。这种大气环境模拟装置通过仿真设计得到各个模拟参数的取值和控制范围，当激光在管道内传输时，其受到的影响如同在大气环境中传输的效果，可用于激光大气传输物理问题的研究，也可作为环境大气化学反应研究的环境模拟装置。
但是，上述大气环境模拟装置的模拟激光在大气环境中的传输时，激光传输距离受到装置长度的限制，能够模拟的激光传输距离小于大气环境模拟装置的长度，不能模拟激光公里级的传输测试。为了能够模拟激光在大气中公里级的传输测试，本申请人提出环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置及方法，旨在改善现有的大气环境模拟装置不能模拟激光在大气中公里级传输测试的问题。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，包括光学面包板平台，还包括设置于光学面包板平台上的长光程池和光路耦合系统；
所述长光程池包括：
保温隔热保护罩，设置于光学面包板平台上，所述保温隔热保护罩上设置有供激光照射穿入的窗口；
入射球面反射镜和出射球面反射镜，所述入射球面反射镜和出射球面反射镜均为凹面镜；所述入射球面反射镜和出射球面反射镜均设置于保温隔热保护罩中，且二者的反射面相对设置；
调节机构，与出射球面反射镜相连，用于调节出射球面反射镜的反射角度；
温湿度传感器模块，设置于保温隔热保护罩上，用于检测保温隔热保护罩中环境的温度和湿度；
温度调节装置，可对保温隔热保护罩中环境的温度进行调节；
湿度调节装置；可对保温隔热保护罩中环境的湿度进行调节；
所述光路耦合系统包括：
光纤准直器、模式匹配透镜和角度调节反射镜，激光依次通过光纤准直器和模式匹配透镜传输至可调节激光传输方向的角度调节反射镜，激光经角度调节反射镜调节传输方向后由保温隔热保护罩的窗口穿入并照射到入射球面反射镜或出射球面反射镜上。
可选的，所述出射球面反射镜设置有三个，分别为第一出射球面反射镜、第二出射球面反射镜和第三出射球面反射镜，所述第一出射球面反射镜和第二出射球面反射镜设置于同一高度位置，所述第一出射球面反射镜设置于第二出射球面反射镜的一侧，所述第三出射球面反射镜设置于第二出射球面反射镜的正下方；三个出射球面反射镜均安装在调节机构上，所述调节机构上设置有可上下转动调节以及左右转动调节各出射球面反射镜的调节结构。
可选的，所述保温隔热保护罩为长方体形结构，所述温湿度传感器模块包括多个温湿度传感器，各温湿度传感器三维排布于保温隔热保护罩上，且各温湿度传感器的检测探头均位于保温隔热保护罩中。
可选的，所述湿度调节装置包括导流管、供水模块和加热模块，所述供水模块将水输入导流管中，所述加热模块用于加热导流管中的水；所述导流管呈多重S形结构，所述导流管设置于保温隔热保护罩中，且水平设置于入射球面反射镜和出射球面反射镜之间，且位于入射球面反射镜和出射球面反射镜的下方，所述导流管的顶部削除使得导流管中的水流露出。
可选的，所述保温隔热保护罩的外部设置有保温隔热层，所述保温隔热层包括真空聚乙烯气泡层以及真空聚乙烯气泡层外表面设置的反射铝膜层。
可选的，所述入射球面反射镜和出射球面反射镜的曲率半径分别为R1和R2，所述入射球面反射镜和出射球面反射镜之间的距离为L0，设
则g1g2应满足如下条件：0＜g1g2＜1。
可选的，另外还包括：
控制器，其输入端与温湿度传感器模块电性相连，其输出端与温度调节装置和湿度调节装置相连；
数据处理器，与控制器电性相连，所述控制器将接收到的温度和湿度数据传递给数据处理器，所述数据处理器根据接收到的温度和湿度数据以及各温度和湿度数据所对应的三维坐标，使用空间插值算法进行保温隔热保护罩中环境的温度场和湿度场的三维重构；
显示器，与数据处理器电性相连，所述显示器用于显示数据处理器接收到的各温度和湿度数据以及数据处理器三维重构的温度场和湿度场。
可选的，所述控制器选用单片机控制器和PLC控制器中的任意一种，所述数据处理器使用计算机，所述显示器使用CRT显示器、LCD显示器和LED显示器中的任意一种；所述空间插值算法使用自然临近插值法。
按照本发明的另一个方面，提供一种光谱吸收环境的模拟方法，具体包括以下步骤：
S1、选用长方体形的保温隔热保护罩，所述温湿度传感器模块选用多个温湿度传感器，将各温湿度传感器三维排布于保温隔热保护罩上；
S2、通过温度调节装置调节保温隔热保护罩的环境中的温度，使之达到所需温度，并保温；
S3、通过湿度调节装置调节保温隔热保护罩的环境中的湿度，使之达到所需湿度；
S4、在数据处理器中存入有各温湿度传感器检测点的三维坐标，数据处理器根据接收到各温湿度传感器传递来的温度和湿度数据以及各温度和湿度数据所对应的三维坐标，使用空间插值算法中的自然邻点插值法进行保温隔热保护罩中环境的温度场和湿度场的三维重构，并将重构的温度场和湿度场在显示器上进行显示，使得三维重构的温度场和湿度场可视化。
可选的，各温湿度传感器三维排布于保温隔热保护罩上是指在保温隔热保护罩的三个相互垂直的面上均设置有温湿度传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、激光在本发明的长光程池中经过多次反射，可实现公里级的光程传输，如此使得本发明能够模拟激光在大气中公里级的传输测试。2、本发明可进行所模拟大气环境的温度场和湿度场的可视化显示，能够查看所模拟大气环境的实施情况。3、通过本发明模拟出不同的大气环境，可方便进行不同大气环境下对某一波段光束吸收情况的研究。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的电控结构框图；
图3是本发明实施例中，激光在入射球面反射镜和出射球面反射镜之间进行多次反射的长程传播原理图；
图4是本发明实施例中，激光通过长度为L 的均匀吸收介质时的吸收测量示意图；
图5是本发明实施例中各温湿度传感器的三维分散布置示意图；
图6是本发明实施例的温度场重构原理图；
图7是本发明实施例中三维重构的温度场图；
图8是本发明实施例中三维重构的相对湿度场图；
图9是本发明实施例中出射球面反射镜在调节机构上的布局示意图；
图10是本发明实施例中入射球面反射镜在调节机构上的布局示意图；
图11是本发明实施例所提供一种调节结构的结构示意图。
附图标记：1、光学面包板平台；2、保温隔热保护罩；3、出射球面反射镜；31、第一出射球面反射镜；32、第二出射球面反射镜；33、第三出射球面反射镜；4、导流管；5、温湿度传感器；6、入射球面反射镜；7、光纤准直器；8、模式匹配透镜；9、角度调节反射镜；10、镜架；11、球形铰接座；12、调节螺栓。
具体实施方式
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和具体实施例，做进一步的说明：
一种环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，如图1和图2所示，包括光学面包板平台1、长光程池、光路耦合系统、控制器、数据处理器以及显示器。其中，长光程池和光路耦合系统均设置于光学面包板平台1上。光学面包板平台1主要用于固定长光程池和光路耦合系统中含有的光路器件，设置有减震结构，具有防振作用。由于光在长光程池传输过程中，反射次数多，反射距离长，振动会对光的传输产生较大的影响，所以将长光程池和光路耦合系统均设置于光学面包板平台1上。
长光程池是整个公里级光谱吸收模拟装置的核心结构，如图1所示，包括保温隔热保护罩2、入射球面反射镜6、出射球面反射镜3、调节机构、温湿度传感器模块、温度调节装置以及湿度调节装置。保温隔热保护罩2为长方体形罩壳结构，设置于光学面包板平台1的上台面上，其与光学面包板平台1的台面之间构成模拟空间，保温隔热保护罩2具有防尘和保温隔热的功能。为了激光能够进入保温隔热保护罩2中，保温隔热保护罩2上设置有供激光照射穿入的窗口。为了加强保温隔热保护罩2的保温隔热功能，在保温隔热保护罩2的外部设置有保温隔热层，此保温隔热层主要包括真空聚乙烯气泡层以及真空聚乙烯气泡层外表面设置的反射铝膜层两层结构，其中真空聚乙烯气泡层材料是一种新型的环保隔热保湿材料，无毒无味，具有良好的绝缘、隔热、防潮等功效，可以减缓热传导，阻隔热对流，防潮抗湿。反射铝膜层能够有效反射外部热源辐射，保持保温隔热保护罩2中环境的温度稳定，减小室温环境对保温隔热保护罩2中环境温度的影响。
如图1和图3所示，入射球面反射镜6和出射球面反射镜3均为凹面镜。入射球面反射镜6和出射球面反射镜3均设置于保温隔热保护罩2中，且二者的反射面相对设置，也就是二者的凹面相对设置。假设入射球面反射镜6上设置有贯穿入射球面反射镜6的入射孔，出射球面反射镜3上设置有贯穿出射球面反射镜3的出射孔。测试的激光由入射球面反射镜6的入射孔中射入，在入射球面反射镜6和出射球面反射镜3之间经过多次反射后由出射球面反射镜3的出射孔中射出。激光射入和射出也可以是从入射球面反射镜6和出射球面反射镜3的旁边，不一定非要在入射球面反射镜6和出射球面反射镜3上打孔。同时，为了提高反射面的利用率，可在入射球面反射镜6和出射球面反射镜3的反射面上镀上可提高反射率的保护膜，保护膜的材质根据对某一波段反射率的需求及激光器的功率等进行选择。
如图9、图10和图11所示，入射球面反射镜6设置有一个，也可以是两个。设置为两个时，第二个入射球面反射镜6位于第一个的后方，且宽度小于第一个入射球面反射镜6的宽度。出射球面反射镜3设置有三个，分别为第一出射球面反射镜31、第二出射球面反射镜32和第三出射球面反射镜33，第一出射球面反射镜31和第二出射球面反射镜32设置于同一高度位置，第一出射球面反射镜31设置于第二出射球面反射镜32的一侧，第三出射球面反射镜33设置于第二出射球面反射镜32的正下方。三个出射球面反射镜3均安装在调节机构上，调节机构上设置有可上下转动调节以及左右转动调节各出射球面反射镜3的调节结构。调节结构包括镜架10、球形铰接座11以及调节螺栓12，出射球面反射镜3通过球形铰接座11与镜架10相连，镜架10设置有四个螺纹通孔，且这四个螺纹通孔分别位于球形铰接座11的上方、下方、左侧以及右侧，四个螺纹通孔中各安装有一个调节螺栓12。通过调节相应调节螺栓12可实现出射球面反射镜3的上下转动调节或者左右转动调节。为了更加精密的进行调节，可将各调节螺栓12的头部设置有齿轮状，在镜架10上设置有与调节螺栓12头部相啮合的减速齿轮组。激光传输光程的调节原理是通过调节三个出射球面反射镜3的曲率中心在入射球面反射镜6上的相对位置来改变光斑的行间距和列间距，同时光线的反射次数也会相应变化，从而实现改变有效光程长度。分别调节纵向两出射球面反射镜3的角度可实现光斑的行间距变化，调节另一块出射球面反射镜3的角度可实现列间距的变化，同时调节纵向两出射球面反射镜3将改变入射球面反射镜6上光斑排列的范围，从而实现腔镜面积的有效利用。
调节结构能够对出射球面反射镜3的反射角度进行调节，以得到所需的激光反射次数，通过计算即能得到所需的光程。反射次数可通过数入射球面反射镜6上的光斑个数进行计算，激光的总光程等于反射次数乘以激光每次反射的单次光程。如激光每次反射的单次光程为5米，通过调节结构调节各出射球面反射镜3的反射角度，使得在入射球面反射镜6上显示有10列、每列有12个光斑，即得到600米的总光程。再比如，每次反射的单次光程为5米，通过调节结构调节各出射球面反射镜3的反射角度，使得在入射球面反射镜6上显示有12列、每列有17个光斑，即得到1020米的总光程，如此即可得到公里级的激光传输光程。
如图1和图2所示，温湿度传感器模块包括多个温湿度传感器5，各温湿度传感器5均与控制器的输入端电性相连，各温湿度传感器5均设置于保温隔热保护罩2上，各温湿度传感器5的检测探头均插设于保温隔热保护罩2中，各温湿度传感器5分别用于测量其探头所在位置的温度和湿度，并将所测得的温度和湿度值传送给控制器。控制器可选用单片机控制器和PLC控制器中的任意一种，如stm32单片机、西门子S7-200系列PLC控制器等。还有两点情况需要进行说明，一是图1中所显示的温湿度传感器5的数量和位置仅仅是一个示意性的表示，不代表实际使用中温湿度传感器5的数量以及其设置位置。二是温湿度传感器模块不仅仅只能使用集成有温度检测功能和湿度检测功能的温湿度传感器5，还可使用单独具有温度检测功能的温度传感器和单独具有湿度检测功能的湿度传感器，亦或者可将集成有温度检测功能和湿度检测功能的温湿度传感器5、单独具有温度检测功能的温度传感器以及单独具有湿度检测功能的湿度传感器组合在一起使用，可根据实际实验情况进行灵活设置和选用。
请参阅图1和图2，湿度调节装置包括导流管4、供水模块和加热模块。导流管4设置于保温隔热保护罩2中，且水平设置于入射球面反射镜6和出射球面反射镜3之间。导流管4位于入射球面反射镜6和出射球面反射镜3的下方，不影响光在入射球面反射镜6和出射球面反射镜3之间的反射传输。导流管4的顶部削除1/3，以使得导流管4中的水流露出，则从导流管4中流过的水会蒸发，能够增大保温隔热保护罩2中环境的湿度。如图1所示，导流管4呈多重S形结构，且水平设置于入射球面反射镜6和出射球面反射镜3之间的下方，如此设置使得导流管4中的水蒸发成的水蒸气能够有较为均匀的布满保温隔热保护罩2中的环境。供水模块包括水箱、水泵、水管以及阀门等，设置于光学面包板平台1中，供水模块用于向导流管4中供水。加热模块为设置于水箱中的电加热棒或者为设置于水箱下端的电加热板或者为设置于光学面包板平台1上且位于导流管4下端的电加热板等，加热模块用于加热导流管4中的水，可提高加热导流管4中水的蒸发速度，较快的得到所需湿度，同时加热模块还具有调节保温隔热保护罩2中环境的温度的功能。湿度调节装置的供水模块中的水泵，加热模块中的加热元件均与控制器的输出端电性相连，受到控制器的直接控制。所以，控制器可自动控制湿度调节装置对保温隔热保护罩2中环境的湿度进行调节，以得到所设定的湿度值。而且当湿度调节装置设置有加热模块时，湿度调节装置还具有对保温隔热保护罩2中环境的湿度进行调节的功能。
与湿度调节装置同样的道理，温度调节装置也可以为多种结构，如制冷机、设置于保温隔热保护罩2中的加热棒、循环吹动保温隔热保护罩2中空气的防尘热风机等，甚至可以是湿度调节装置的加热模块，只要其能够有效且安全的对保温隔热保护罩2中环境的温度进行调节即可。温度调节装置也与控制器的输出端电性相连，控制器可自动控制温度调节装置对保温隔热保护罩2中环境的温度进行调节，以得到所设定的温度值。
如图1所示，光路耦合系统包括设置于光学面包板平台1上的光纤准直器7、模式匹配透镜8和角度调节反射镜9，激光依次先经光纤准直器7准直后照射到模式匹配透镜8转换为高斯光束，转换得到的高斯光束经角度调节反射镜9调节光束方向后耦合到长光程池内。角度调节反射镜9如何进行光束传输方向的调节，以及具体的调节结构均为现有技术，本实施例中不在进行详细叙述。
利用光线传播矩阵法描述激光在本装置中的传播，主要用到两个参数：光线距离轴线的距离x和光线与轴线的夹角Ф。光学元件的变化矩阵为：
入射球面反射镜6和出射球面反射镜3的曲率半径分别为R1和R2，入射球面反射镜6和出射球面反射镜3之间的距离为L0，光线从入射球面反射镜6的反射面上出发，向出射球面反射镜3方向传播，在出射球面反射镜3的反射面上反射后通过长为L0的类大气空间，再传播到入射球面反射镜6反射上后完成一次往返。光线在装置中往返一次的坐标变换T为：
为保证光束在装置内往返任意多次而不逸出，必须要求n次往返变换矩阵Tn各个元素An、Bn、Cn、Dn对任意n值均保持有限大小。
设
则g1g2应满足如下条件：0＜g1g2＜1。如此才能保证光束在入射球面反射镜6和出射球面反射镜3之间的稳定传播。
要进行温度场和湿度场的三维重构以及可视化，还需使用数据处理器和显示器，数据处理器可选用计算机，显示器使用CRT显示器、LCD显示器和LED显示器中的任意一种。如图2所示，控制器和显示器均与数据处理器电性相连，控制器将接收到的各温湿度传感器5传递来的温度和湿度数据传递给数据处理器，数据处理器中存入有各温湿度传感器5检测点的三维坐标。数据处理器根据接收到的温度和湿度数据以及各温度和湿度数据所对应的三维坐标，使用空间插值算法中的自然邻点插值法进行保温隔热保护罩2中环境的温度场和湿度场的三维重构，并将重构的温度场和湿度场在显示器上进行显示，如此即可使得三维重构的温度场和湿度场可视化。
本实施例中，温度场和湿度场的三维重构采用空间插值算法中的自然邻点插值法进行。空间插值算法可以实现在离散采样点的基础上进行连续表面建模，同时对未采样点处的属性值进行估计，是分析数据空间分布规律和变化趋势的有力工具，空间插值的基础是空间自相关性，即距离越近的事物越相似。自然邻点插值法的基本原理是对于一组泰森多边形，当在数据集中加入一个新的数据点或者说新的目标时，就会修改这些泰森多边形，而使用邻点的权重平均值将决定待插点的权重，待插点的权重和目标泰森多边形成比例。实际上，在以上多边形中，部分多边形的尺寸将缩小，并且没有一个多边形的大小增加。同时，自然邻点插值法在数据点凸起的位置并不外推等值线(如泰森多边形的轮廓线)。
具体公式如下：
其中，f(x)为待插值点x处的插值结果，wi(x)为参与插值的样本点i(i=1，2，……，n)关于插值点x的权重，fi为样本点i处的值。
权重由下式决定：
其中，ai为参与插值的样本点所处泰森多边形的面积，a(x)为待插值点x所处泰森多边形的面积，ai∩a(x)为两者相交的面积。
进行温度场的三维重构时，由于保温隔热保护罩2中的密闭空间为长方体结构，内部的水蒸气通常是单向流动，所以各温湿度传感器5采用矩形排列布局，三维排布于保温隔热保护罩2上。温湿度传感器5的三维分散是指保温隔热保护罩2的三个相互垂直的面上均设置有温湿度传感器5。本例使用13个温湿度传感器5，其三维分散布局如图5所示，图5中，圆圈表示温湿度传感器5的位置。通过插值算法重构三维分布，并实现可视化的流程如图6所示。创建采样点网格的到保温隔热保护罩2内密闭空间所有位置处的空间基函数以及各温湿度传感器5位置处的空间基函数。计算机根据接收到的温湿度传感器5的温度测量数据，以及各温湿度传感器5探测点处的三维坐标，使用空间插值算法中的自然邻点插值法进行温度场的三维重构，三维重构结果结合保温隔热保护罩2内密闭空间所有位置处的空间基函数，即可在显示器上显示出如图7所示的三维重构的温度场图。
进行湿度场三维重构时，重构相对湿度场。相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比值，显示水蒸气的饱和度。随着温度的增高空气的含水能力也增强，即在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提供温度的数据。通过相对湿度和温度也可以计算出露点温度。在保持系统的混合比、总压力不变的情况下，降低混合气体的温度，使得相对湿度为100%时的温度即为该系统的露点温度。只要测得露点温度，通过饱和水汽压计算公式计算即可得到露点温度时的饱和水汽压，也就是当前温度下的实际水汽压。通过测量和模拟得到当前温度后通过饱和水汽压计算公式算得当前温度下的饱和水汽压。用实际水汽压除以饱和水汽压，即可得到相对湿度。
饱和水汽压计算公式如下：
式中，E为饱和水汽压，T为温度，单位为℃。
计算机进行相对湿度场三维重构的方法和原理与进行温度场三维重构的方法和原理相似。根据接收到的温湿度传感器5的测量数据，即温度和湿度数据，以及各温湿度传感器5探测点处的三维坐标，使用空间插值算法中的自然邻点插值法进行温度场的三维重构，三维重构结果结合保温隔热保护罩2内密闭空间所有位置处的空间基函数，即可在显示器上显示出如图7所示的三维重构的温度场图。
如图4所示，当一束特定频率ν的单色光通过长度为L (单位为cm)的均匀吸收介质时，光的透射率τ(v)可以由Beer-Lambert定律给出，即
其中I0(v)和It(v)分别为入射光光强和出射光光强，α(v)为单位长度的气体吸收吸收系数。所以，通过本发明模拟出不同的大气环境，可以得到不同模拟大气环境下对某一波段光束的吸收情况，即是说通过本发明可方便进行不同大气环境下对某一波段光束吸收情况的研究。
综上所述，激光在本发明的长光程池中经过多次反射，可实现公里级的光程传输，如此使得本发明能够模拟激光在大气中公里级的传输测试。而且，本发明可进行所模拟大气环境的温度场和湿度场的可视化显示，能够查看所模拟大气环境的实施情况。此外，通过本发明模拟出不同的大气环境，可方便进行不同大气环境下对某一波段光束吸收情况的研究。
以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，包括光学面包板平台（1），其特征在于，还包括设置于光学面包板平台（1）上的长光程池和光路耦合系统；
所述长光程池包括：
保温隔热保护罩（2），设置于光学面包板平台（1）上，所述保温隔热保护罩（2）上设置有供激光照射穿入的窗口；
入射球面反射镜（6）和出射球面反射镜（3），所述入射球面反射镜（6）和出射球面反射镜（3）均为凹面镜；所述入射球面反射镜（6）和出射球面反射镜（3）均设置于保温隔热保护罩（2）中，且二者的反射面相对设置；
调节机构，与出射球面反射镜（3）相连，用于调节出射球面反射镜（3）的反射角度；
温湿度传感器模块，设置于保温隔热保护罩（2）上，用于检测保温隔热保护罩（2）中环境的温度和湿度；
温度调节装置，可对保温隔热保护罩（2）中环境的温度进行调节；
湿度调节装置；可对保温隔热保护罩（2）中环境的湿度进行调节；
所述光路耦合系统包括：
光纤准直器（7）、模式匹配透镜（8）和角度调节反射镜（9），激光依次通过光纤准直器（7）和模式匹配透镜（8）传输至可调节激光传输方向的角度调节反射镜（9）。
2.根据权利要求1所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，其特征在于，所述出射球面反射镜（3）设置有三个，分别为第一出射球面反射镜（31）、第二出射球面反射镜（32）和第三出射球面反射镜（33），所述第一出射球面反射镜（31）和第二出射球面反射镜（32）设置于同一高度位置，所述第一出射球面反射镜（31）设置于第二出射球面反射镜（32）的一侧，所述第三出射球面反射镜（33）设置于第二出射球面反射镜（32）的正下方；三个出射球面反射镜（3）均安装在调节机构上，所述调节机构上设置有可上下转动调节以及左右转动调节各出射球面反射镜（3）的调节结构。
3.根据权利要求1所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，其特征在于，所述保温隔热保护罩（2）为长方体形结构，所述温湿度传感器模块包括多个温湿度传感器（5），各温湿度传感器（5）三维排布于保温隔热保护罩（2）上，且各温湿度传感器（5）的检测探头均位于保温隔热保护罩（2）中。
4.根据权利要求1所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，其特征在于，所述湿度调节装置包括导流管（4）、供水模块和加热模块，所述供水模块将水输入导流管（4）中，所述加热模块用于加热导流管（4）中的水；所述导流管（4）呈多重S形结构，所述导流管（4）设置于保温隔热保护罩（2）中，且水平设置于入射球面反射镜（6）和出射球面反射镜（3）之间，且位于入射球面反射镜（6）和出射球面反射镜（3）的下方，所述导流管（4）的顶部削除使得导流管（4）中的水流露出。
5. 根据权利要求1所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，其特征在于，所述保温隔热保护罩（2）的外部设置有保温隔热层，所述保温隔热层包括真空聚乙烯气泡层以及真空聚乙烯气泡层外表面设置的反射铝膜层。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，其特征在于，所述入射球面反射镜（6）和出射球面反射镜（3）的曲率半径分别为R1和R2，所述入射球面反射镜（6）和出射球面反射镜（3）之间的距离为L0，设
则g1g2应满足如下条件：0＜g1g2＜1。
7.根据权利要求6所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，其特征在于，另外还包括：
控制器，其输入端与温湿度传感器模块电性相连，其输出端与温度调节装置和湿度调节装置相连；
数据处理器，与控制器电性相连，所述控制器将接收到的温度和湿度数据传递给数据处理器，所述数据处理器根据接收到的温度和湿度数据以及各温度和湿度数据所对应的三维坐标，使用空间插值算法进行保温隔热保护罩（2）中环境的温度场和湿度场的三维重构；
显示器，与数据处理器电性相连，所述显示器用于显示数据处理器接收到的各温度和湿度数据以及数据处理器三维重构的温度场和湿度场。
8.根据权利要求7所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置，其特征在于，所述控制器选用单片机控制器和PLC控制器中的任意一种，所述数据处理器使用计算机，所述显示器使用CRT显示器、LCD显示器和LED显示器中的任意一种；所述空间插值算法使用自然邻点插值法。
9.一种环境可控光程可调的公里级光谱吸收环境的模拟方法，使用权利要求1-8中任一项所述的环境可控光程可调的公里级光谱吸收模拟装置进行模拟，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、选用长方体形的保温隔热保护罩（2），所述温湿度传感器模块选用多个温湿度传感器（5），将各温湿度传感器（5）三维排布于保温隔热保护罩（2）上；
S2、通过温度调节装置调节保温隔热保护罩（2）的环境中的温度，使之达到所需温度，并保温；
S3、通过湿度调节装置调节保温隔热保护罩（2）的环境中的湿度，使之达到所需湿度；
S4、在数据处理器中存入有各温湿度传感器（5）检测点的三维坐标，数据处理器根据接收到各温湿度传感器（5）传递来的温度和湿度数据以及各温度和湿度数据所对应的三维坐标，使用空间插值算法中的自然邻点插值法进行保温隔热保护罩（2）中环境的温度场和湿度场的三维重构，并将重构的温度场和湿度场在显示器上进行显示，使得三维重构的温度场和湿度场可视化。
10.根据权利要求9所述的一种环境可控光程可调的公里级光谱吸收环境的模拟方法，其特征在于，各温湿度传感器（5）三维排布于保温隔热保护罩（2）上是指在保温隔热保护罩（2）的三个相互垂直的面上均设置有温湿度传感器（5）。
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