大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统
阅读说明：本技术 大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统 (Water mist adhesion inhibiting system in atmosphere-sea mist simulation device ) 是由 张肃 王鹏程 李英超 战俊彤 付强 宋俊宏 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统,属于偏振传输实验测试领域,包括第一偏振发射系统、第二偏振发射系统、第三偏振发射系统、第一偏振接收系统、第二偏振接收系统、第三偏振接收系统、大气-海雾模拟装置和数据处理系统,本发明利用模拟系统正方形箱体内均匀充雾的方式,确保相同光学厚度下,通过单层水平方向偏振传输等效获得垂直方向双层偏振传输的实验结果,达到抑制垂直方向水雾影响的效果。该系统在抑制水雾影响的同时,通过垂直路径与等效路径同时探测的方式,也可得到不同充雾时间光学玻璃附着水雾对偏振传输特性结果的影响,从而提高大气-海雾环境偏振传输特性实验的准确性,为多层介质下偏振探测传输的研究提供新的测试系统。(The invention relates to a suppression system for water mist adhesion in an atmosphere-sea mist simulation device, which belongs to the field of polarization transmission experiment tests and comprises a first polarization transmitting system, a second polarization transmitting system, a third polarization transmitting system, a first polarization receiving system, a second polarization receiving system, a third polarization receiving system, an atmosphere-sea mist simulation device and a data processing system. The system can inhibit the influence of water mist, and simultaneously detect the vertical path and the equivalent path, and can also obtain the influence of the water mist attached to the optical glass in different mist filling time on the polarization transmission characteristic result, thereby improving the accuracy of the atmospheric-sea fog environment polarization transmission characteristic experiment and providing a new test system for the research of polarization detection transmission under multilayer media.)
技术领域
本发明属于偏振传输实验测试领域，具体地，涉及一种大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统。
背景技术
中国沿海和近海为多海雾区，由于海雾发生时的能见度低，给海上交通和海上作业造成极大威胁，往往导致人员和财产损失。机载观察时，由于大气-海雾多层介质环境存在，使垂直方向上的探测难度大大增加。因此，研究多层介质探测对于海上交通等领域具有重要意义
但由于大气-海雾外场环境多变，影响因素复杂，干扰较多，而且外场测试中机载、舰载等设备使用费用较高，所以一般采用大气-海雾环境室内系统模拟外场真实环境。大气-海雾环境室内实验已经多有研究，并且由于偏振光具有穿透海雾的优势，可以携带更丰富的信息，多采用偏振光进行偏振成像、偏振传输等实验进行室内实验。但在室内实验中发现，由于垂直探测，海雾经过沉降，会在垂直路径光学窗口上形成一层水雾，对激光能量、偏振态等信息造成严重影响，使实验测试结果准确度迅速下降，所以研究一种大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统，对垂直方向大气-海雾环境探测室内实验具有重要意义。
因此，为了探究垂直方向上大气-海雾模拟装置光学窗口附着水雾对室内实验造成的影响并对水雾的干扰进行抑制，亟需一种大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统。
发明内容
本发明的目的是针对在大气-海雾模拟装置偏振传输实验中，垂直路径上光学玻璃由于海雾沉降会附上一层水雾，影响实验结果，为了研究其附着水雾对大气-海雾模拟装置实验造成的影响，并进行抑制，提供了一种大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统，其特征在于，包括：第一偏振发射系统、第二偏振发射系统、第三偏振发射系统、第一偏振接收系统、第二偏振接收系统、第三偏振接收系统、大气-海雾模拟装置和数据处理系统，所述大气-海雾模拟装置为密封箱体结构，大气-海雾模拟装置内设置有分隔板，所述分隔板将大气-海雾模拟装置的内部空间均分成上下两个腔室，两个腔室形状一致均呈正方体结构，位于上方的腔室内部充入大气气溶胶形成大气环境模拟层，用于模拟大气环境，位于下方的腔室内部充入海雾粒子形成海雾环境模拟层，用于模拟海雾环境，于大气-海雾模拟装置底壁、大气-海雾模拟装置内部的分隔板和大气-海雾模拟装置顶壁的中央位置各设置有一个光学玻璃窗口，分别为第一光学玻璃窗口、第二光学玻璃窗口和第三光学玻璃窗口，第一光学玻璃窗口、第二光学玻璃窗口和第三光学玻璃窗口正对设置，于大气-海雾模拟装置的下部两侧壁各设置有一个光学玻璃窗口，分别为第四光学玻璃窗口和第五光学玻璃窗口，第四光学玻璃窗口和第五光学玻璃窗口正对设置，于大气-海雾模拟装置的上部两侧壁各设置有一个光学玻璃窗口，分别为第六光学玻璃窗口和第七光学玻璃窗口，第六光学玻璃窗口和第七光学玻璃窗口正对设置；沿竖直方向，所述第一偏振发射系统和第一偏振接收系统分别设置在大气-海雾模拟装置的上下两侧，第一偏振发射系统出射的光依次经过第一光学玻璃窗口、海雾环境模拟层、第二光学玻璃窗口、大气环境模拟层和第三光学玻璃窗口后射入第一偏振接收系统；沿水平方向，所述第二偏振发射系统和第二偏振接收系统分别设置在大气-海雾模拟装置的海雾环境模拟层两侧，第二偏振发射系统出射的光依次经过第四光学玻璃窗口、海雾环境模拟层和第五光学玻璃窗口后射入第二偏振接收系统；沿水平方向，所述第三偏振发射系统和第三偏振接收系统分别设置在大气-海雾模拟装置的大气环境模拟层两侧，第三偏振发射系统出射的光依次经过第六光学玻璃窗口、大气环境模拟层和第七光学玻璃窗口后射入第三偏振接收系统；所述第一偏振接收系统、第二偏振接收系统和第三偏振接收系统均与数据处理系统连接进行数据传输。
进一步，所述第一偏振发射系统由沿着光的传播方向依次设置的第一激光器、第一衰减片、第一偏振片和第一四分之一波片组成。
进一步，所述第二偏振发射系统由沿着光的传播方向依次设置的第二激光器、第二衰减片、第二偏振片和第二四分之一波片组成。
进一步，所述第三偏振发射系统由沿着光的传播方向依次设置的第三激光器、第三衰减片、第三偏振片、第一液晶可变相位延迟器和第二液晶可变相位延迟器组成。
进一步，所述第一偏振接收系统用来测量其接收到的穿过垂直方向大气-海雾模拟装置两层环境的偏振光的偏振态以及光功率，第一偏振接收系统包括第一非偏振分光棱镜、第一光功率计和第一偏振态测量仪，第一光功率计设置在第一非偏振分光棱镜的透射光路上，第一偏振态测量仪设置在第一非偏振分光棱镜的反射光路上。
进一步，所述第二偏振接收系统用来测量其接收到的穿过水平方向海雾模拟层的偏振光的偏振态以及光功率，第二偏振接收系统包括第二非偏振分光棱镜、第二光功率计和第二偏振态测量仪，第二光功率计设置在第二非偏振分光棱镜的反射光路上，第二偏振态测量仪设置在第二非偏振分光棱镜的透射光路上。
进一步，所述第三偏振接收系统用来测量其接收到的穿过水平方向大气模拟层的偏振光的偏振态以及光功率，第三偏振接收系统包括第三非偏振分光棱镜、第三光功率计和第三偏振态测量仪，第三光功率计设置在第三非偏振分光棱镜的反射光路上，第三偏振态测量仪设置在第三非偏振分光棱镜的透射光路上。
进一步，所述第一偏振发射系统所发射的偏振光为可见光或近红外光，第二偏振发射系统所发射的偏振光为可见光或近红外光，第三偏振发射系统所发射的偏振光为可见光或近红外光，且在同一次实验过程中，第一偏振发射系统和第二偏振发射系统所发射的偏振光相同，第三偏振发射系统经过双液晶可变相位延迟器调制后发射第二偏振接收系统接收到的偏振态的偏振光。
进一步，所述第一光学玻璃窗口、第二光学玻璃窗口、第三光学玻璃窗口、第四光学玻璃窗口、第五光学玻璃窗口、第六光学玻璃窗口和第七光学玻璃窗口采用的光学玻璃的材质为K9玻璃，透光范围为330nm～2100nm。
进一步，所述第四光学玻璃窗口、第五光学玻璃窗口、第六光学玻璃窗口和第七光学玻璃窗口具有防水框。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：针对复杂的大气-海雾环境研究垂直方向的偏振传输特性室内实验中，由于海雾沉降会在光学玻璃上形成一层水雾，影响偏振特性实验结果的缺陷，本发明提出了一种大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统，利用模拟系统正方形箱体内均匀充雾的方式，确保相同光学厚度下，通过单层水平方向偏振传输等效获得垂直方向双层偏振传输的实验结果，达到抑制垂直方向水雾影响的效果。该系统在抑制水雾影响的同时，通过垂直路径与等效路径同时探测的方式，也可得到不同充雾时间光学玻璃附着水雾对偏振传输特性结果的影响，从而提高大气-海雾环境偏振传输特性实验的准确性，为多层介质下偏振探测传输的研究提供新的测试系统。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统的结构示意图。
图中各标记如下：1为第一偏振发射系统，101为第一激光器，102为第一衰减片，103为第一偏振片，104为第一四分之一波片，2为第二偏振发射系统，201为第二激光器，202为第二衰减片，203为第二偏振片，204为第二四分之一波片，3为第三偏振发射系统，301为第三激光器，302为第三衰减片，303为第三偏振片，304为第一液晶可变相位延迟器，305为第二液晶可变相位延迟器，4为第一偏振接收系统，401为第一非偏振分光棱镜，402为第一光功率计，403为第一偏振态测量仪，5为第二偏振接收系统，501为第二非偏振分光棱镜，502为第二光功率计，503为第二偏振态测量仪，6为第三偏振接收系统，601为第三非偏振分光棱镜，602为第三光功率计，603为第三偏振态测量仪，7为大气-海雾模拟装置，701为第一光学玻璃窗口，702为第二光学玻璃窗口，703为第三光学玻璃窗口，704为第四光学玻璃窗口，705为第五光学玻璃窗口，706为第六光学玻璃窗口，707为第七光学玻璃窗口，708为海雾粒子发生器，709为大气气溶胶发生器，8为数据处理系统。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本发明的实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”和“第七”仅用于描述目的，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”和“第七”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
如图1所示，大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统，包括：第一偏振发射系统1、第二偏振发射系统2、第三偏振发射系统3、第一偏振接收系统4、第二偏振接收系统5、第三偏振接收系统6、大气-海雾模拟装置7和数据处理系统8。
所述第一偏振发射系统1位于大气-海雾模拟装置7下方，且正对第一光学玻璃窗口701，第一偏振发射系统1用于为垂直方向设置的大气-海雾模拟装置7上下两层环境发射偏振光；第一偏振发射系统1由沿着光的传播方向依次布置的第一激光器101、第一衰减片102、第一偏振片103和第一四分之一波片104组成，根据实验需要，第一激光器101可用于发射可见光或近红外光，第一衰减片102用来改变激光到达第一偏振接收系统4的光功率；通过调节第一偏振片103和第一四分之一波片104用来获得不同偏振态的偏振光。
所述第二偏振发射系统2位于大气-海雾模拟装置7下层设有第四光学玻璃窗口704的一侧，且第二偏振发射系统2与第四光学玻璃窗口704正对，第二偏振发射系统2用于为水平方向大气-海雾模拟装置7的海雾环境模拟层发射偏振光，第二偏振发射系统2由沿着光的传播方向依次布置的第二激光器201、第二衰减片202、第二偏振片203和第二四分之一波片204，根据实验需要，第二激光器201可用于发射可见光或近红外光，第二衰减片202用来改变激光到达第二偏振接收系统5的光功率；通过调节第二偏振片203和第二四分之一波片204用来获得不同偏振态的偏振光。
所述第三偏振发射系统3位于大气-海雾模拟装置7上层有第六光学玻璃窗口706的一侧，且第三偏振发射系统3与第六光学玻璃窗口706正对，第三偏振发射系统3用于为水平方向大气-海雾模拟装置7的大气环境模拟层发射偏振光，第三偏振发射系统3由沿着光的传播方向依次布置的第三激光器301、第三衰减片302、第三偏振片303、第一液晶可变相位延迟器304和第二液晶可变相位延迟器305，第三激光器301可更换可见光、近红外波段，根据实验需要，发射可见光或近红外光；本发明利用双液晶可变相位延迟器调制偏振态相对于常规机械转动偏振调制器来讲，偏振度调节精度可达到千分之一，具有可调范围大、无机械调整、动态连续可调等优点，可快速、精确、稳定的获得任意偏振态的偏振光。由于第三偏振发射系统3要获得复杂偏振态的偏振光，出于实验对调节速度及调节精度的需要，所以选择双液晶可变相位延迟器调节偏振态。第三衰减片302用来改变激光到达第三偏振接收系统6的光功率；通过调节第三偏振片303、第一液晶可变相位延迟器304和第二液晶可变相位延迟器305可获得任意偏振态的偏振光，其中第一液晶可变相位延迟器304和第二液晶可变相位延迟器305可根据波段选用Thorlabs公司LCC1413-A(350nm～700nm)、LCC1413-B(650nm～1050nm)和LCC1413-C(1050nm～1700nm)进行实验。
所述第一偏振接收系统4设置在大气-海雾模拟装置7上方，第一偏振接收系统4与第三光学玻璃窗口703正对，第一偏振接收系统4包括第一非偏振分光棱镜401、第一光功率计402和第一偏振态测量仪403，第一光功率计402设置在第一非偏振分光棱镜401的透射光路上，第一偏振态测量仪403设置在第一非偏振分光棱镜401的反射光路上；第一偏振接收系统4用来测量其接收到的穿过垂直方向大气-海雾模拟装置7两层环境的偏振光的偏振态以及光功率，并通过数据线连接到数据处理系统8中进行数据分析处理。
所述第二偏振接收系统5设置在大气-海雾模拟装置7的第五光学玻璃窗口705右方，第二偏振接收系统5包括第二非偏振分光棱镜501、第二光功率计502和第二偏振态测量仪503，第二光功率计502设置在第二非偏振分光棱镜501反射光路上，第二偏振态测量仪503设置在第二非偏振分光棱镜501的透射光路上，第二偏振接收系统5用来测量其接收到的穿过水平方向海雾模拟系统层的偏振光的偏振态以及光功率，并通过数据线连接到数据处理系统8进行数据等分析处理。
所述第三偏振接收系统6设置在大气-海雾模拟装置7的第六光学玻璃窗口706右方，第三偏振接收系统6包括第三非偏振分光棱镜601、第三光功率计602和第三偏振态测量仪603，第三光功率计602设置在第三非偏振分光棱镜601的反射光路上，第三偏振态测量仪603设置在第三非偏振分光棱镜601的透射光路上，第三偏振接收系统6用来测量其接收到的穿过水平方向大气模拟系统层的偏振光的偏振态以及光功率，并通过数据线连接到数据处理系统8进行数据分析处理。
所述大气-海雾模拟装置7为上下两层正方形不锈钢箱体，其上层顶部、中间分隔板和下层底部中央对应位置，开设有一个光学玻璃窗口，分别为第三光学玻璃窗口703、第二光学玻璃窗口702和第一光学玻璃窗口701，此路通道称为第一通道；大气-海雾模拟装置7的上层和下层左右侧壁对应位置各开设一个光学玻璃窗口，下层分别为第四光学玻璃窗口704和第五光学玻璃窗口705，此路通道称为第二通道；上层分别为第六光学玻璃窗口706和第六光学玻璃窗口707，此路通道称为第三通道。第一光束通过第一光学玻璃窗口701进入第一通道，从第三光学玻璃窗口703出射，进入第一偏振接收系统4的第一非偏振分光棱镜401；第二光束通过第四光学玻璃窗口704进入第二通道，从第五光学玻璃窗口705出射，进入第二偏振接收系统5的第二非偏振分光棱镜501；第三光束通过第六光学玻璃窗口706进入第三通道，从第七光学玻璃窗口707出射，进入第三偏振接收系统6的第三非偏振分光棱镜601。下层由海雾粒子发生器708充入海雾粒子，模拟海雾环境，上层由大气气溶胶发生器709充入大气气溶胶，模拟大气环境。
所述数据处理系统8用数据线与第一光功率计402、第一偏振态测量仪403、第二光功率计502、第二偏振态测量仪503、第三光功率计602和第三偏振态测量仪603进行连接，对其记录的光功率以及偏振态数据进行分析处理。
所述第一光学玻璃窗口701、第二光学玻璃窗口702、第三光学玻璃窗口703、第四光学玻璃窗口704、第五光学玻璃窗口705、第六光学玻璃窗口706和第七光学玻璃窗口707采用的光学玻璃的材质为K9玻璃，透光范围为330nm～2100nm。K9玻璃硬度高，不仅具有良好的抗激光损伤的特性，并且对可见光波段和近红外波段具有良好的透过率。
所述第四光学玻璃窗口704、第五光学玻璃窗口705、第六光学玻璃窗口706和第七光学玻璃窗口707具有防水框，防水框可防止侧壁水雾流到第四光学玻璃窗口704、第五光学玻璃窗口705、第六光学玻璃窗口706和第七光学玻璃窗口707上，并且防水框有一定深度，其外框长度为10cm，水雾沉降对其无影响。而垂直方向第一光学玻璃窗口701、第二光学玻璃窗口702、第三光学玻璃窗口703未安装防水框，因为垂直方向安装防水框，会使沉降水雾不断积累。
结合图1，采用上述大气-海雾模拟装置中水雾附着的抑制系统进行有/无光学玻璃附着水雾影响的偏振传输实验过程包括如下步骤：
步骤一、空箱开启第二激光器201，调节第二衰减片202、第二偏振片203和第二四分之一波片204获得所需光功率和偏振态的偏振光，通过第二光功率计502和第二偏振态测量仪503记录，此初始光功率和偏振态称为第一光功率和第一偏振态。开启海雾粒子发生器708进行充雾，在充雾整个过程中由内置风扇进行搅拌，使空气循环，确保海雾浓度均匀，充雾直至第二光功率计502示数稳定不再变化，此刻第二光功率计502记录的光功率称为第二光功率，第二偏振态测量仪503记录的偏振态称为第二偏振态；
步骤二、排出全部海雾并擦干第一光学玻璃窗口701水雾使其变为空箱状态；开启第一激光器101，调节第一衰减片102使第一光功率计402获得第一光功率；调节第一偏振片103和第一四分之一波片104使第一偏振态测量仪403获得第一偏振态；开启第三激光器301，调节第三衰减片302使第三光功率计602获得第二光功率；调节第三偏振片303使其偏振方向与水平方向夹角为0度、调节第一液晶可变相位延迟器304使其快轴与水平方向夹角为45度、调节第二液晶可变相位延迟器305使其快轴与水平方向夹角为0度，再通过控制电压调节第一液晶可变相位延迟器304、第二液晶可变相位延迟器305的相位延迟，使第三偏振态测量仪603获得第二偏振态；
步骤三、同时开启海雾粒子发生器708充雾和大气气溶胶发生器709充大气气溶胶，其中充雾时间和充雾过程与步骤一完全一致，确保控制实验变量；在充雾与充气溶胶的整个过程中由内置风扇进行搅拌，使空气循环，确保海雾浓度均匀，充雾直至第一光功率计402示数稳定不再变化；称此刻第一光功率计402记录光功率为第三光功率、第一偏振态测量仪403记录偏振态为第三偏振态、第三光功率计602记录光功率为第四光功率、第三偏振态测量仪603记录偏振态为第四偏振态；
步骤四、通过数据处理系统8分别对比第三光功率和第四光功率，第三偏振态和第四偏振态即可获得附着水雾影响，第四光功率和第四偏振态即为抑制光学窗口附着水雾影响的光功率和偏振态。
也可通过间隔充雾进行不同时间光学窗口附着水雾对偏振传输实验影响的测量，增加海雾箱层数进行更多层光学玻璃附着水雾的影响测量等都可沿用此设计系统，不再过多赘述。
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