專利名稱：用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室及云室系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及用于氣象探測的大氣冰核在不同溫度、不同濕度、不同壓力條件下，通過凝華核化或凝結(jié)凍結(jié)核化形成冰晶數(shù)濃度的觀測研究的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大氣冰核，是指能夠通過影響水的相變作用，從而促進(jìn)或抑制冷云降水過程的氣溶膠粒子。大氣冰核共有凝華核化、凝結(jié)凍結(jié)核化、接觸凍結(jié)核化和浸潤凍結(jié)核化四種機(jī)制。大氣冰核是云降水物理的基本研究內(nèi)容，是人工影響天氣作業(yè)的基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，是氣候效應(yīng)的重要影響因素。目前，我國氣象界對大氣冰核的常規(guī)觀測尚未展開，學(xué)術(shù)界對大氣冰核的科學(xué)觀測尚不完善。而欲展開此方面研究，必須找到如何區(qū)分不同核化機(jī)制，分控不同氣象要素，提高儀器觀測精度，改善整體觀測時(shí)效的設(shè)備技術(shù)問題。因此設(shè)計(jì)并完成一種不同溫 度、不同濕度、不同壓力條件下，觀測大氣冰核通過不同機(jī)制形成冰晶數(shù)濃度的儀器有著重要的研究意義?？蛇B續(xù)提供過冷霧的移動式混合云室(專利號200410039457.X，授權(quán)公告號CN1557132A)同樣涉及用于氣象探測的大氣冰核核化形成冰晶數(shù)濃度的觀測研究的技術(shù)領(lǐng)域。但其裝置只能測量大氣冰核在四種機(jī)制共同作用下形成冰晶的數(shù)濃度，只能測量不同溫度條件下大氣冰核形成冰晶的數(shù)濃度，該裝置觀測數(shù)據(jù)的取得是通過肉眼的讀取，誤差較大；其溫度的控制和測量是通過手動操作控制元件完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可以測量不同溫度、不同濕度、不同壓力條件下，大氣冰核通過凝華核化或凝結(jié)凍結(jié)核化作用形成冰晶數(shù)的云室。本發(fā)明的另一目的是提供用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過以下描述方案實(shí)現(xiàn)的
一種用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室，它包括上云室、下云室和水汽腔，所述水汽腔經(jīng)水汽閥與上云室連通，上云室還連有抽氣泵和進(jìn)氣閥，上云室的頂部為密封透明石英玻璃，并在上云室上方安裝攝相儀，攝相儀和上云室頂之間還設(shè)有照明燈，上云室預(yù)留有測壓孔。測壓孔位置設(shè)有第一測壓儀；下云室內(nèi)置有第一控溫片、第一溫度傳感器和采樣片，第一控溫片上設(shè)置采樣片，第一溫度傳感器連接采樣片；所述上、下云室呈相對設(shè)置的罩殼狀，上、下云室扣合時(shí)形成一個密封云室腔體；所述水汽腔為一圓柱體透明腔，其底部設(shè)有第二控溫片和第二溫度傳感器，水汽腔上還預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第二測壓儀。本發(fā)明的上云室后側(cè)設(shè)有背架，上云室通過背架支撐在下云室的正上方，下云室底部設(shè)有升降架，升降架底部設(shè)有底座。所述進(jìn)氣閥進(jìn)口前設(shè)有濾膜裝置；上云室上方的攝相儀采用CXD照相機(jī)；攝相儀和上云室頂之間照明燈采用LED照明燈。一種用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室系統(tǒng)，它包括上云室、下云室、水汽腔和計(jì)算機(jī)單元，所述水汽腔經(jīng)水汽閥與上云室連通，上云室還連有抽氣泵和進(jìn)氣閥，上云室的頂部為密封透明石英玻璃，并在上云室頂部之上安裝攝相儀，攝相儀和上云室頂之間還設(shè)有照明燈，上云室預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第一測壓儀；下云室內(nèi)置有第一控溫片、第一溫度傳感器和采樣片，第一控溫片上設(shè)置采樣片，第一溫度傳感器連接該采樣片；所述上、下云室呈相對設(shè)置的罩殼狀，上、下云室扣合時(shí)形成一個密封云室腔體；所述水汽腔為一圓柱體透明腔，其底部設(shè)有第二控溫片和第二溫度傳感器，水汽腔上還預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第二測壓儀；所述攝相儀、第一控溫片和第二控溫片的信號輸入端均與計(jì)算機(jī)單元的信號輸出端相連，所述第一、第二測壓儀，第一、第二溫度傳感器和攝相儀的的信號輸出端分別連接計(jì)算機(jī)單元的信號輸入端。所述上云室后側(cè)設(shè)有背架，上云室通過背架支撐在下云室的正上方，下云室底部設(shè)有升降架，升降架底部設(shè)有底座。進(jìn)氣閥進(jìn)口前設(shè)有濾膜裝置；上云室上方的攝相儀采用CXD照相機(jī)；攝相儀和上云室頂之間照明燈采用LED照明燈。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果
目前，我國氣象界對大氣冰核的常規(guī)觀測尚未展開，學(xué)術(shù)界對大氣冰核的科學(xué)觀測尚不完善。現(xiàn)有大氣冰核觀測儀器難以區(qū)分不同核化機(jī)制，只能控制單一的氣象要素，難以達(dá)到較高的觀測精度，且觀測步驟較為繁雜。本發(fā)明可以分別測量凝華核化或凝結(jié)凍結(jié)核化機(jī)制作用下大氣冰核形成冰晶的數(shù)濃度；本發(fā)明還可以測量不同溫度、不同濕度、不同壓力條件下大氣冰核形成冰晶的數(shù)濃度；本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)的取得可以通過CCD照相機(jī)的拍照及計(jì)算機(jī)單元軟件的處理，精度較高；本發(fā)明可通過計(jì)算機(jī)單元自動測量溫度和壓力，自動控制溫度和濕度。本發(fā)明的云室系統(tǒng)可以區(qū)分不同的核化機(jī)制，分控不同的氣象要素，提高儀器對的觀測精度，改善整體的觀測時(shí)效。從而為氣象常規(guī)觀測以及氣象科學(xué)研究提供必要的技術(shù)設(shè)備。目前云降水物理研究仍不深入、尚不全面，本發(fā)明可以為云降水物理學(xué)科提供基礎(chǔ)的研究數(shù)據(jù)；我國是目前世界上在人工影響天氣方面投入最多、開展規(guī)模最大的國家，本發(fā)明可以為人工影響天氣作業(yè)提供科學(xué)業(yè)務(wù)指導(dǎo)；目前氣候變化及氣候效應(yīng)為全世界所關(guān)注，本發(fā)明可以為氣候變化及氣候效應(yīng)預(yù)測提供基本觀測事實(shí)。


圖I為本發(fā)明用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室系統(tǒng)的工作流程圖。圖中1_計(jì)算機(jī)單元；2_抽氣泵；3_進(jìn)氣濾膜；4_進(jìn)氣閥；5_抽氣閥；6_上云室，7-下云室；8_升降架；9-背架；10_底座；11-(XD照相機(jī)；12-LED照明燈；13_第一測壓儀；13 '-第二測壓儀；14-第一溫度傳感器；14 '-第二溫度傳感器；15-米樣片；16-第一控溫片；16 '-第二控溫片；17-水汽閥；18-水汽腔；19-冰面；20-測壓孔；20'-測壓孔；21-采樣片支架。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明實(shí)施例一
如圖I所不，本發(fā)明的云室它包括上云室6、下云室7和水汽腔18,上、下云室呈相對設(shè)置的罩殼狀，上、下云室扣合時(shí)形成一個圓柱形密封云室腔體。水汽腔18經(jīng)水汽閥17與上云室6連通，上云室6還連有抽氣泵2和進(jìn)氣閥4，上云室6預(yù)留有測壓孔20 ;下云室7內(nèi)置有第一控溫片16、第一溫度傳感器和米樣片15,第一控溫片16上設(shè)置采樣片15，第一溫度傳感器與采樣片15連接，并采集溫度信號；上云室6的頂部為透明，并在上云室6上方安裝CXD照相機(jī)11，CXD照相機(jī)11通過一圓筒形支架安裝在上云室6的上方，CXD照相機(jī)11和上云室6頂部之間還設(shè)有LED照明燈12，以便于CXD照相機(jī)11獲取云室內(nèi)采樣片15上冰晶的照片。水汽腔18為一圓柱體透明腔，可方便地觀測水汽腔內(nèi)結(jié)冰情況。水汽腔18底部 設(shè)有第二控溫片16 ’和第二溫度傳感器14 ’，水汽腔18上還預(yù)留有測壓孔20 ’，準(zhǔn)備安裝第二測壓儀13 ’。上云室6后側(cè)設(shè)有背架9，上云室6通過背架9支撐在下云室7的正上方，下云室7底部設(shè)有升降架8，升降架8底部設(shè)有底座10。進(jìn)氣閥4進(jìn)口前設(shè)有進(jìn)氣濾膜，以過濾進(jìn)入云室的空氣。實(shí)施例二
如圖2所示，本發(fā)明用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室系統(tǒng)包括上、下云室組成的密封云室腔體、水汽腔18和計(jì)算機(jī)單元I，其中上云室6安裝CXD照相機(jī)11、LED照明燈12和第一測壓儀13，下云室7下連有升降架8，升降架固定在底座10上，上云室通過背架9也固定在底座10上,下云室腔7內(nèi)放有氣溶膠的米樣片15,第一控溫片16上設(shè)置該米樣片15,第一溫度傳感器14與米樣片15連接,第一溫度傳感器14米集米樣片15的溫度信號；上云室6右端連有水汽腔18，水汽腔18左端通過水汽閥17與上云室7相連，水汽腔18上設(shè)有第二測壓儀13 '，其內(nèi)裝有第二控溫片16'，使得第二控溫片16'上蒸餾水變成冰面19，第二溫度傳感器14 ^ (設(shè)在冰面以下)可以測量冰面的溫度。上云室腔6左端連接進(jìn)氣閥4、抽氣閥5、抽氣泵2和進(jìn)氣濾膜3，抽氣泵2通過抽氣閥5與上云室6相連，進(jìn)氣濾膜3通過進(jìn)氣閥4與上云室6相連；測控通過計(jì)算機(jī)單元I控制CXD照相機(jī)11、LED照明燈12、第一測壓儀13、第二測壓儀13'、第一溫度傳感器14、第二溫度傳感器14 '、第一控溫片16、第二控溫片16 ’來實(shí)現(xiàn)對云室腔體內(nèi)氣象條件的控制和測量。本發(fā)明采用了第一、第二溫度傳感器，第一、第二控溫片等多重控溫設(shè)備，利用PID過程控制法，使得溫控結(jié)果精確化、穩(wěn)定化。本發(fā)明通過對水汽腔18內(nèi)冰面溫度和壓力的控制，從而利用公式log e* =--^029S(Js: J - I) *5.02S0Siog(i: T)-L3S16xl0""(10113":"J : . -I) -log ‘計(jì)算出水汽腔內(nèi)冰面飽和水汽壓，利用水汽閥的連通使得及水汽腔內(nèi)的冰面飽和水汽壓與云室腔內(nèi)的水汽壓相等，再利用公式log / = —J029S(J5； T -l)-5J2S081og(J5, J)-L3816>a0""(IO1ii4iw *v-l)+log e::計(jì)算出云室腔內(nèi)的飽和水汽壓，最后利用公式f=e/E[式中f為相對濕度(％)，e為水汽壓(hPa)，E為飽和水汽壓(hPa)]計(jì)算出云室腔內(nèi)的相對濕度，使得對濕度的控制巧妙化、精準(zhǔn)化。
本發(fā)明設(shè)有進(jìn)氣閥4，云室工作時(shí)關(guān)閉它可以充分發(fā)揮抽氣泵2的功效，而需要更換采樣片時(shí)打開它可以使氣體進(jìn)入云室，并且其前部安裝了過濾雜質(zhì)的進(jìn)氣濾膜3，阻止了外部大氣冰核及其它氣溶膠粒子的進(jìn)入。
本發(fā)明使用了 CXD照相機(jī)11作為觀測工具，使用了 LED照明燈12作為照明工具，計(jì)算機(jī)單元I得到CCD照相機(jī)的拍攝圖片后，將采樣片底板定義為黑色，將其上冰晶定義為白色，并對其做網(wǎng)格化矩陣處理，當(dāng)黑色區(qū)內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)白色區(qū)范圍時(shí)定義其為冰核，最后累積得出冰核總數(shù)，并換算出單位體積內(nèi)的冰核濃度；從而使得觀測圖片清晰化，觀測結(jié)果精確化。該云室系統(tǒng)的工作流程如下
第一步利用氣溶膠采樣器，將包括大氣冰核在內(nèi)的氣溶膠粒子采集到采樣片上； 第二步將采樣片放入下云室腔，調(diào)節(jié)升降架使上、下云室緊密配合，并調(diào)至水平； 第三步，在水汽腔內(nèi)注入約0. 5 cm深蒸餾水，打開各系統(tǒng)開關(guān)，設(shè)置LED照明燈的亮
度；
第四步關(guān)閉排氣閥，打開抽氣泵，使云室腔內(nèi)氣壓處于0帕左右；
第五步在計(jì)算機(jī)單元中設(shè)置要觀測的溫度、濕度，打開水汽閥，待各氣象要素穩(wěn)定后，利用CCD照相機(jī)拍攝觀測圖片，利用計(jì)算機(jī)單元記錄觀測結(jié)果；
第六步重復(fù)第5步操作，測量其它氣象要素條件下大氣冰核的數(shù)濃度；
第七步關(guān)閉抽氣泵，打開進(jìn)氣閥，取出采樣片，關(guān)閉系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室，其特征是它包括上云室、下云室和水汽腔，所述水汽腔經(jīng)水汽閥與上云室連通，上云室還連有抽氣泵和進(jìn)氣閥，上云室的頂部為密封透明石英玻璃，并在上云室上方安裝攝相儀，攝相儀和上云室頂之間還設(shè)有照明燈，上云室預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第一測壓儀；下云室內(nèi)置有第一控溫片、第一溫度傳感器和采樣片，第一控溫片上設(shè)置采樣片，第一溫度傳感器連接采樣片；所述上、下云室呈相對設(shè)置的罩殼狀，上、下云室扣合時(shí)形成一個密封云室腔體；所述水汽腔為一圓柱體透明腔，其底部設(shè)有第二控溫片和第二溫度傳感器，水汽腔上還預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第二測壓儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的云室，其特征是所述上云室后側(cè)設(shè)有背架，上云室通過背架支撐在下云室的正上方，下云室底部設(shè)有升降架，升降架底部設(shè)有底座。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的云室，其特征是所述進(jìn)氣閥進(jìn)口前設(shè)有濾膜裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的云室，其特征是所述攝相儀采用CCD照相機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的云室，其特征是所述攝相儀和上云室頂之間照明燈采用LED照明燈。
6.一種米用權(quán)利要求I所述云室的云室系統(tǒng)，其特征是它包括上云室、下云室、水汽腔和計(jì)算機(jī)單元，所述水汽腔經(jīng)水汽閥與上云室連通，上云室還連有抽氣泵和進(jìn)氣閥，上云室的頂部為密封透明石英玻璃，并在上云室上方安裝攝相儀，攝相儀和上云室頂之間還設(shè)有照明燈，上云室預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第一測壓儀；下云室內(nèi)置有第一控溫片、第一溫度傳感器和采樣片，第一控溫片上設(shè)置采樣片，第一溫度傳感器連接采樣片；所述上、下云室呈相對設(shè)置的罩殼狀，上、下云室扣合時(shí)形成一個密封云室腔體；所述水汽腔為一圓柱體透明腔，其底部設(shè)有第二控溫片和第二溫度傳感器，水汽腔上還預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第二測壓儀；所述攝相儀、第一控溫片和第二控溫片的信號輸入端均與計(jì)算機(jī)單元的信號輸出端相連，所述第一、第二測壓儀、第一、第二溫度傳感器和攝相儀的信號輸出端分別連接計(jì)算機(jī)單元的信號輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的云室系統(tǒng)，其特征是所述上云室后側(cè)設(shè)有背架，上云室通過背架支撐在下云室的正上方，下云室底部設(shè)有升降架，升降架底部設(shè)有底座。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的云室系統(tǒng)，其特征是所述進(jìn)氣閥進(jìn)口前設(shè)有濾膜裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的云室系統(tǒng)，其特征是所述攝相儀采用CCD照相機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的云室，其特征是所述攝相儀和上云室頂之間照明燈采用LED照明燈。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以測量不同溫度、不同濕度、不同壓力條件下，大氣冰核通過凝華核化或凝結(jié)凍結(jié)核化作用形成冰晶的云室。本發(fā)明提供用于大氣冰核活化計(jì)數(shù)的云室及云室系統(tǒng)。本發(fā)明中的云室包括上云室、下云室和水汽腔，所述水汽腔經(jīng)水汽閥與上云室連通，上云室還連有抽氣泵和進(jìn)氣閥，上云室的頂部為密封透明石英玻璃，并在上云室上方安裝攝相儀，攝相儀和上云室頂之間還設(shè)有照明燈，上云室預(yù)留有測壓孔，測壓孔位置設(shè)有第一測壓儀；下云室內(nèi)置有第一控溫片、第一溫度傳感器和采樣片；所述上、下云室呈相對設(shè)置的罩殼狀，上、下云室扣合時(shí)形成一個密封云室腔體；所述水汽腔為一圓柱體透明腔，其底部設(shè)有第二控溫片和第二溫度傳感器。
文檔編號G01W1/00GK102645680SQ20121015060
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者卜令兵, 楊磊, 楚志剛, 王黎俊, 蘇航, 蔣惠, 許漢冰, 銀燕, 陳魁 申請人:南京信息工程大學(xué)