本发明专利技术公开了测量大气湍流内尺度的装置及测量方法，包括：激光发射单元、激光接收及光电转换单元、数据采集单元、数据处理与分析单元；模拟平面波经局地均匀各向同性大气湍流传输的几何近似条件，发射激光后针孔光阑选取畸变的波面成像在位置敏感探测器上，其位置坐标信号及相对光强信号由A/D转换器转换为数字信号，经采集处理和分析，得到大气湍流内尺度的值。其装置简单，计算简洁且计算精度高，不确定度小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大气湍流内尺度测量
，涉及。
技术介绍
在湍流大气光学研究中，大气湍流内尺度Itl是表征大气湍流特性的一个基本参数，在激光大气传输的效应研究中起着非常重要的作用，同时在分析大气湍流特性及建模时，它是必须给出的参数。国内外在大气湍流内尺度Itl的测量技术研究方面开展了很多的工作，根据采用技术的不同，主要为基于光强闪烁的测量。其基本原理是利用激光的大气传输理论，激光束在大气传输过程中，由于湍流的影响，将引起激光束强度和相位的起伏，同时湍流的特性也将包含于这些统计信息之中，因此通过测量这些光学相关量便可推得湍流的内尺度Itl的值。德国等国家从上世纪七十年代起基于对激光大气传输问题进行研究的成果，至今已发展了一系列的大气湍流参数的光学测量方法，在方法的可靠性和成熟度上不断得到提升，如德国Scintec公司、荷兰Kipp & zonen公司生产的小口径闪烁仪等均可直接测量大气湍流内尺度U。在国内，中科院安徽光机所也开展了一些大气湍流参数测量方面的研究工作，取得了一些成果，马晓珊、朱文越、饶瑞中研制的大口径激光闪烁仪主要用来测量大气折射率结构常数，如果配备两套发射或接受装置，还可以测量大气湍流内尺度或是横向风速的值。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供，该装置采用氦氖激光器作为发射光源、用位置敏感探测器进行测量，其计算精度高，不确定度小。本专利技术是通过以下技术方案来实现—种测量大气湍流内尺度的装置，包括激光发射单元，发射出经过扩束的准直激光束；激光接收及光电转换单元，接收经过大气湍流传输的激光，并将接收的激光中的畸变的波面通过小孔装置成像，再通过反射镜反射后入射至位置敏感探测器的光敏面上； 位置敏感探测器进行光电转换，得到光敏面上光斑的相对光强信号、位置信号的模拟信号， 并将模拟信号输出至数据采集单元；数据采集单元包括转换器和数据采集卡，转换器将模拟信号转换为数字信号传送至数据采集卡，数据采集卡输出至数据处理与分析单元；数据处理与分析单元，分析经大气湍流传输后光束的到达角起伏以及光强闪烁， 通过运算得到激光传输路径上的大气湍流内尺度值。所述的激光发射单元包括氦氖激光发射器和扩束装置。所述的激光接收及光电转换单元中的小孔装置为小孔光阑，小孔光阑之前设有同4光轴放置的衰减片，小孔光阑之后设有一组反射镜，在反射镜的反射光路上设有位置敏感探测器，位置敏感探测器的下方设有标尺。所述的激光接收及光电转换单元在小孔光阑与反射镜之间设有滤光片。所述的一组反射镜包括两个相对放置的反射镜，其由小孔光阑发出的入射光的光路平行与反射至位置敏感探测器的出射光的光路。所述的小孔光阑至位置敏感探测器的光路距离为Cl1, Cl1取整数数值。所述的数据采集单元的转换器为Α/D转换器，Α/D转换器将模拟信号转换为数字信号传送至数据采集卡。所述的激光发射单元与激光接收及光电转换单元同光轴对面放置。一种测量大气湍流内尺度的方法，包括以下步骤I)当激光光束经局地均匀各向同性大气湍流传输后，在几何近似条件下L << Itl2/λ，有如下计算式权利要求1.一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，包括激光发射单元(I)，发射出经过扩束的准直激光束；激光接收及光电转换单元(2)，接收经过大气湍流传输的激光，并将接收的激光中的畸变的波面通过小孔装置成像，再通过反射镜反射后入射至位置敏感探测器的光敏面上；位置敏感探测器进行光电转换，得到光敏面上光斑的相对光强信号、位置信号的模拟信号，并将模拟信号输出至数据采集单元；数据采集单元包括转换器和数据采集卡(3)，转换器将模拟信号转换为数字信号传送至数据采集卡，数据采集卡输出至数据处理与分析单元；数据处理与分析单元(4)，分析经大气湍流传输后光束的到达角起伏以及光强闪烁，通过运算得到激光传输路径上的大气湍流内尺度值。2.如权利要求I所述的一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，所述的激光发射单元(I)包括氦氖激光发射器(11)和扩束装置(12)。3.如权利要求I所述的一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，所述的激光接收及光电转换单元(2)中的小孔装置为小孔光阑(22)，小孔光阑(22)之前设有同光轴放置的衰减片(21)，小孔光阑(22)之后设有一组反射镜，在反射镜的反射光路上设有位置敏感探测器(27)，位置敏感探测器的下方设有标尺(26)。4.如权利要求3所述的一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，所述的激光接收及光电转换单元(2)在小孔光阑(22)与反射镜之间设有滤光片(23)。5.如权利要求3所述的一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，所述的一组反射镜包括两个相对放置的反射镜(24、25)，其由小孔光阑发出的入射光的光路平行与反射至位置敏感探测器的出射光的光路。6.如权利要求3所述的一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，所述的小孔光阑(22)至位置敏感探测器(27)的光路距离为屯，Cl1取整数数值。7.如权利要求I所述的一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，所述的数据采集单元(3)的转换器为A/D转换器(31)，A/D转换器(31)将模拟信号转换为数字信号传送至数据采集卡(32)。8.如权利要求I所述的一种测量大气湍流内尺度的装置，其特征在于，所述的激光发射单元(I)与激光接收及光电转换单元(2)同光轴对面放置。9.一种测量大气湍流内尺度的方法，其特征在于，包括以下步骤1)当激光光束经局地均匀各向同性大气湍流传输后，在几何近似条件下L<<l^/λ， 有如下计算式10.如权利要求9所述的测量大气湍流内尺度的方法，其特征在于，所述的Cltl的设置为当小孔光阑至位置敏感探测器的距离为Im时，将Cltl的值设置为0m，沿光传输的方向(Itl 为正值，迎着光传输的方向为负值；采样率的设置为不小于300Hz，样本数为不小于3000。全文摘要本专利技术公开了测量大气湍流内尺度的装置及测量方法，包括激光发射单元、激光接收及光电转换单元、数据采集单元、数据处理与分析单元；模拟平面波经局地均匀各向同性大气湍流传输的几何近似条件，发射激光后针孔光阑选取畸变的波面成像在位置敏感探测器上，其位置坐标信号及相对光强信号由A/D转换器转换为数字信号，经采集处理和分析，得到大气湍流内尺度的值。其装置简单，计算简洁且计算精度高，不确定度小。文档编号G01M9/06GK102607798SQ201210089030公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日专利技术者冯建伟, 刘晶儒, 宗飞, 强希文, 李岩, 胡月宏, 赵军卫 申请人:中国人民解放军63655部队本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：强希文，宗飞，李岩，刘晶儒，赵军卫，胡月宏，冯建伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六五五部队，
类型：发明
国别省市：
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