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基于仪表放大器的温度脉动仪的测量不确定度

激光技术 2024年

作者：夏惠军杨欢邬欣明邓万涛高伟翔杨天志李彪辉西南技术物理研究所

折射率结构常数作为表征大气湍流强度的关键指标之一，由温度脉冲仪测量得到。为了研究该常数的测量不确定度，基于温度脉冲仪的工作原理，采用直径10μm，电阻值为90Ω，温度变化系数4.5×10-3/K的钨丝作为测量传感器，获取温度差系综... 详细信息

折射率结构常数作为表征大气湍流强度的关键指标之一，由温度脉冲仪测量得到。为了研究该常数的测量不确定度，基于温度脉冲仪的工作原理，采用直径10μm，电阻值为90Ω，温度变化系数4.5×10-3/K的钨丝作为测量传感器，获取温度差系综平均，并将同步监测到的压强、温度、距离等参数进行综合分析计算，得到折射率结构常数的测量不确定度。实验结果表明，当近地面层的大气折射率结构常数的真实值的范围在10-13～10-16时，计算得到的折射率结构常数测量不确定度可控制在1%之内，有较高的可信度。这一结果对于提高温度脉动仪的测量分辨率很有效，同时也是一个控制温度脉动仪的测量不确定度的新思路。

关键词：大气与海洋光学温度脉动仪测量不确定度近地面

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基于真均方根转换器的温度脉动仪设计

计算机测量与控制 2012年第9期20卷 2577-2580页

作者：张志刚段哲民强希文封双连胡月宏西北工业大学电子信息学院中国人民解放军63655部队

温度脉动仪应用于大气湍流高度分布测量时,需要输出模拟电压信号与探空仪接口匹配,若其均方根计算电路依靠单片机实现,电路中还应该包括模数和数模转换器;真均方根转换器AD637是一款能够进行均方根模拟计算的集成芯片,可以实现单片机、... 详细信息

温度脉动仪应用于大气湍流高度分布测量时,需要输出模拟电压信号与探空仪接口匹配,若其均方根计算电路依靠单片机实现,电路中还应该包括模数和数模转换器;真均方根转换器AD637是一款能够进行均方根模拟计算的集成芯片,可以实现单片机、模数和数模转换器三个芯片的功能,因此,提出了一种基于真均方根转换器的温度脉动仪设计;通过数据对比实验发现,该温度脉动仪测量数据能够反映大气湍流的日变化规律,数据曲线与嵌入式温度脉动仪具有很好的一致性。

关键词：温度脉动仪大气湍流 AD637 均方根

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基于温度脉动仪的长春地区Cn2特性研究

基于温度脉动仪的长春地区Cn2特性研究

作者：黎一宏长春理工大学

学位级别：硕士

随着空间激光通讯的高速发展,大气光学参数的测量有着越来越重要的意义。大气信道中的光学湍流是制约空间激光通信发展的重要因素,由于大气湍流造成折射率的随机起伏会影响空间激光通信的质量,研究并测量大气折射率结构常数（_）是探索... 详细信息

随着空间激光通讯的高速发展,大气光学参数的测量有着越来越重要的意义。大气信道中的光学湍流是制约空间激光通信发展的重要因素,由于大气湍流造成折射率的随机起伏会影响空间激光通信的质量,研究并测量大气折射率结构常数（_）是探索大气光学湍流的一个重要途径。本文将对大气光学原理进行研究和探索,基于Kolmogorov局地均匀各向同性湍流理论,使用双点温度脉动测量大气折射率结构常数的思路方法研制温度脉动仪设备。通过铂金属丝制作的传感器探头探测大气空间中的微温脉动变化,反演大气折射率结构常数,绘制大气折射率结构常数特性曲线。搭建了一套大气折射率结构常数测量平台。研制的温度脉动仪设备优化了结构设计,加入卡尔曼滤波算法,增强了设备的耐用性、便利性和准确性。整机体积小,重量轻,功率低,精度高,防雨防尘,独立电源可在户外实现对大气折射率结构常数的长期测量,满足更多实验需求,推进大气湍流测试设备大众化。基于大气湍流环境对温度脉动仪的性能指标做出设计,建立了一套适用于温度脉动设备的性能分析体系。经过实验分析,温度脉动仪在性能上实现大气折射率结构常数测量范围:10m～10m,不确定度为11.08%,噪音低至0.001K,测量灵敏度达到1.44V/℃,设备的测量一致性良好。为更加方便并精确测量大气折射率结构常数,提供技术参考。基于温度脉动仪搭建了三个观测点对长春地区大气折射率结构常数进行测量,绘制大气折射率结构常数的日变化特性曲线,分析长春地区大气折射率结构常数特性。三个观测点大气折射率结构常数呈现一致的日变化规律,概率密度总体呈正态分布。使用多观测点同时测量研究大气折射率结构常数的空间相关性,在10km的空间范围内大气折射率结构常数的数量级和变化趋势总体一致,数值上有差异,皮尔逊相关系数为0.402,空间上大气折射率结构常数显著相关。为大气参数测量提供数据参考。

关键词：大气光学湍流大气折射率结构常数温度脉动仪大气光学测量

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温度脉动仪标定装置的初步设计

大气与环境光学学报 2011年第4期6卷 294-298页

作者：赵乐至刘小勤卢伟中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031

在大气参数中折射率结构常数C_n^2是一个重要的参数,C_n^2有多种测量方法,其中利用温度脉动仪进行测量是一个重要的测量方法。但是可以精确控制的微温度脉动源较难产生,所以至今还没一个标准的温度脉动源对温度脉动仪进行定标。从热力... 详细信息

在大气参数中折射率结构常数C_n^2是一个重要的参数,C_n^2有多种测量方法,其中利用温度脉动仪进行测量是一个重要的测量方法。但是可以精确控制的微温度脉动源较难产生,所以至今还没一个标准的温度脉动源对温度脉动仪进行定标。从热力学原理出发,采用绝热压缩和膨胀气体的方法,研制了一个温度可以控制的温度脉动源装置,并且对其不确定度进行分析,认为这个装置可以用来标定温度脉动仪。

关键词：折射率结构常数温度脉动仪温度脉动源

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基于卡尔曼滤波的高精度温度脉动仪设计

长春理工大学学报（自然科学版） 2023年第6期46卷 77-82页

作者：黎一宏常帅张恒步宏坤长春理工大学光电工程学院长春130022

对温度脉动仪设备进行改进设计,使用卡尔曼滤波算法对温度脉动仪测温电路采集到的电压值进行滤波处理,减小设备的测量噪音,提高测量的精确度。经实验验证,滤波后的温度脉动仪设备噪音减小到0.001 K范围以内,较滤波前降低50%,降噪效果良... 详细信息

对温度脉动仪设备进行改进设计,使用卡尔曼滤波算法对温度脉动仪测温电路采集到的电压值进行滤波处理,减小设备的测量噪音,提高测量的精确度。经实验验证,滤波后的温度脉动仪设备噪音减小到0.001 K范围以内,较滤波前降低50%,降噪效果良好。加入卡尔曼滤波算法后,温度脉动仪对大气折射率结构常数进行测量时毛刺明显降低,数据精度提升。使用研制的温度脉动仪对长春地区冬季的大气折射率结构常数进行全天检测,给出了大气折射率结构常数特性曲线。

关键词：温度脉动仪卡尔曼滤波算法大气湍流大气折射率结构常数

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基于双通道恒温风洞的温度脉动仪检测系统

大气与环境光学学报 2013年第3期8卷 226-231页

作者：姚远成翁宁泉孙刚刘庆张彩云肖黎明中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031 中国科学院大学北京100039 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230031

介绍了双通道恒温风洞检测系统的设计和性能。该系统的双通道恒温风洞有温度、风速稳定,可控温差可调等优点,通过实验检验了风洞的性能,风洞内部定点温度脉动标准差(最大处0.025℃)比室内脉动(0.059℃)小,风洞内横向温度场不完全一致,... 详细信息

介绍了双通道恒温风洞检测系统的设计和性能。该系统的双通道恒温风洞有温度、风速稳定,可控温差可调等优点,通过实验检验了风洞的性能,风洞内部定点温度脉动标准差(最大处0.025℃)比室内脉动(0.059℃)小,风洞内横向温度场不完全一致,有一定的温度分布,冷热风洞标准差分别为0.044℃、0.103℃。双通道恒温风洞检测系统主要是用于对QHTP-2温度脉动仪进行各种实验操作的平台,通过风洞系统实验验证了热源照射对温度脉动仪的测量会产生辐射增温的影响,在实验条件下的增温大小为0.365℃。

关键词：大气光学恒温风洞温度脉动仪热辐射

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基于数字传感芯片的温度脉动仪

自动化与仪表 2021年第11期36卷 76-79页

作者：于龙昆何冰沈红戴鸿辉南昌大学信息工程学院南昌330031 九江学院理学院九江332005

温度脉动仪是一种用来测量大气光学湍流强度的仪器。传统的温度脉动仪用微细铂丝作为感温材料,具有响应快速、输出线性、灵敏度高等优点,但是铂丝容易折断且更换较为不便。考虑到基于MEMS工艺的数字式传感芯片的性能稳步提升,且具有成... 详细信息

温度脉动仪是一种用来测量大气光学湍流强度的仪器。传统的温度脉动仪用微细铂丝作为感温材料,具有响应快速、输出线性、灵敏度高等优点,但是铂丝容易折断且更换较为不便。考虑到基于MEMS工艺的数字式传感芯片的性能稳步提升,且具有成本低廉、易于集成等优点,该文提出用数字式传感芯片替代铂丝来探测温度脉动,开发了数字式温度脉动测量装置原型,进行了多天的外场实验以及与传统脉动仪的对比实验,分析了两种温度数据处理的计算方法。实验结果表明,数字式温度脉动仪可以较好地测量大气折射率结构常数。数字式温度脉动仪作为一种性价比高、简便易用、可快速搭建测量的仪器,可以作为传统温度脉动仪的有益补充。

关键词：大气湍流温度脉动仪大气光学温度脉动法

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戈壁地区近地面折射率结构常数统计特性分析

强激光与粒子束 2015年第1期27卷 72-78页

作者：吕炜煜苑克娥胡顺星王建国中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究中心合肥230031 中国科学院大学北京100049 西北核技术研究所西安710024 西安交通大学电子与信息工程学院西安710049

利用温度脉动仪对大气折射率结构常数进行测量,通过在铁塔上不同测量高度架设温度脉动仪,对戈壁地区近地面层开展长期连续测量。从各测量高度折射率结构常数的累积概率、偏度与峰度、季节变化、高度经验关系等四个方面对大量实验数据统... 详细信息

利用温度脉动仪对大气折射率结构常数进行测量,通过在铁塔上不同测量高度架设温度脉动仪,对戈壁地区近地面层开展长期连续测量。从各测量高度折射率结构常数的累积概率、偏度与峰度、季节变化、高度经验关系等四个方面对大量实验数据统计分析,结果表明:测量地区大气折射率结构常数白天和夜间的累积概率以18m为区别界限,表现出明显的不同;所有测量高度折射率结构常数的概率分布均表现出右偏、平峰特性;季节变化对低层折射率结构常数的影响更为明显;测量地区折射率结构常数随高度变化的经验公式表明,白天折射率结构常数随高度递减接近"-2/3"指数,夜间折射率结构常数的高度变化则是表现出层次性,低层折射率结构常数随高度递减接近"-0.16"指数,而高层变化则接近"-1.05"指数。

关键词：折射率结构常数温度脉动仪累积概率偏度峰度

大气光学湍流测量中平均时间和原始数据的筛选

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强激光与粒子束 2004年第9期16卷 1101-1105页

作者：翁宁泉曾宗泳肖黎明龚知本中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

　在使用温度脉动仪测量温度结构常数时,平均时间长度的选择会影响其测量结果。通过实际测量数据的分析和讨论,确定平均时间应该为10s左右,以得到真实可靠的结构常数。由于温度脉动仪在测量时会受到各种因素的影响,为了筛选掉不可靠的... 详细信息

　在使用温度脉动仪测量温度结构常数时,平均时间长度的选择会影响其测量结果。通过实际测量数据的分析和讨论,确定平均时间应该为10s左右,以得到真实可靠的结构常数。由于温度脉动仪在测量时会受到各种因素的影响,为了筛选掉不可靠的测量结果,提出了一种用温度脉动原始数据来对测量结果进行筛选的方法。该方法首先排除了实验纪录中的错误测量数据,其次对于异常的实验数据,如某一层结构常数数据的异常偏大或偏小,需要根据双点温差原始数据的频谱分析来确认数据是否正常,以进一步排除异常的测量结果,尽可能保证用以统计分析的数据真实可靠。

关键词：温度脉动仪平均时间数据筛选