大气瑞利-布里渊散射标定箱的设计与优化

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大气温度是一种反映大气状态的重要气象参数,它对天气预报、环境保护、大气科学等工作都有特别重要的指导意义。因此大气温度的测量研究越来越广泛。目前,大气温度的测量方式主要有探空气球、火箭、微波辐射计、激光雷达。激光雷达由于其高时空分辨率、探测范围广、精度高、实时性好等优点越来越受到重视。在高光谱激光雷达CHSRL)中,由于一般不考虑布里渊散射对谱型的影响,抑制了其测温精度。本文设计泪度和压力可分立控制的标定箱,为将来解耦大气回波信号中瑞利(Rayleigh)散射与布里渊(Brillouin)散射提高测温精度提供技术保障。结合有限元分析方法和本课题组前期理论研究基础,对用于大气瑞利-布里渊散射(RBS)标定的标定箱进行了结构的设计和优化。完成了对标定箱温度和压力进行分立控制的控制系统的设计与构建,并以法布里-珀罗标准具(FPE)为分光器件完成了对标定箱性能的测试。论文的主要工作和研究结果有:  利用有限元分析方法完成标定箱的结构设计并进行了优化。对标定箱泪度和压力进行了有限元分析,得到不同时间、不同功率等条件下的温度分布云图, 以及不同大气压下的应力与应变。根据分析结果,基于负反馈控制理论、编程回路调节器等,设计了标定箱温度和压力分立控制系统。  结合标定箱温度和压力控制系统,在满足相应的控制精度基础上完成了标定箱控制系统相关器件的选型与构建。实验测得所搭建的温控系统的控温精度为±0.03℃;在搭建压力控制系统时加入面板球阀以实现标定箱气体流量控制以优化控制效果。最后经优化后标定箱的压力控制精度为±5KPa。  最后,依托课题组前期研究的HSRL分光系统,对不同温度、不同压力下的标定箱内气体散射谱型的测量来对标定箱性能地行测试。基于FPE搭建标定箱性能测试光路,采用光子计数系统实现对微弱光信号的检测,通过改变种子注入实现了瑞利-布里渊谱型的扫描, 验证了系统方案的可行性。
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