专利名称：用于大气冰核活化计数的云室及云室系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及大气科学领域，特别涉及用于气象探测的大气冰核在不同温度、不同湿度、不同压力条件下，通过凝华核化或凝结冻结核化形成冰晶数浓度的观测研究的技术领域。
背景技术：
大气冰核，是指能够通过影响水的相变作用，从而促进或抑制冷云降水过程的气溶胶粒子。大气冰核共有凝华核化、凝结冻结核化、接触冻结核化和浸润冻结核化四种机制。大气冰核是云降水物理的基本研究内容，是人工影响天气作业的基础理论指导，是气候效应的重要影响因素。目前，我国气象界对大气冰核的常规观测尚未展开，学术界对大气冰核的科学观测尚不完善。而欲展开此方面研究，必须找到如何区分不同核化机制，分控不同气象要素，提高仪器观测精度，改善整体观测时效的设备技术问题。因此设计并完成一种不同温 度、不同湿度、不同压力条件下，观测大气冰核通过不同机制形成冰晶数浓度的仪器有着重要的研究意义。可连续提供过冷雾的移动式混合云室(专利号200410039457.X，授权公告号CN1557132A)同样涉及用于气象探测的大气冰核核化形成冰晶数浓度的观测研究的技术领域。但其装置只能测量大气冰核在四种机制共同作用下形成冰晶的数浓度，只能测量不同温度条件下大气冰核形成冰晶的数浓度，该装置观测数据的取得是通过肉眼的读�。蟛罱洗螅黄湮露鹊目刂坪筒饬渴峭ü侄僮骺刂圃瓿�。
发明内容
本发明目的是提供一种可以测量不同温度、不同湿度、不同压力条件下，大气冰核通过凝华核化或凝结冻结核化作用形成冰晶数的云室。本发明的另一目的是提供用于大气冰核活化计数的云室系统。本发明的目的是通过以下描述方案实现的
一种用于大气冰核活化计数的云室，它包括上云室、下云室和水汽腔，所述水汽腔经水汽阀与上云室连通，上云室还连有抽气泵和进气阀，上云室的顶部为密封透明石英玻璃，并在上云室上方安装摄相仪，摄相仪和上云室顶之间还设有照明灯，上云室预留有测压孔。测压孔位置设有第一测压仪；下云室内置有第一控温片、第一温度传感器和采样片，第一控温片上设置采样片，第一温度传感器连接采样片；所述上、下云室呈相对设置的罩壳状，上、下云室扣合时形成一个密封云室腔体；所述水汽腔为一圆柱体透明腔，其底部设有第二控温片和第二温度传感器，水汽腔上还预留有测压孔，测压孔位置设有第二测压仪。本发明的上云室后侧设有背架，上云室通过背架支撑在下云室的正上方，下云室底部设有升降架，升降架底部设有底座。所述进气阀进口前设有滤膜装置；上云室上方的摄相仪采用CXD照相机；摄相仪和上云室顶之间照明灯采用LED照明灯。一种用于大气冰核活化计数的云室系统，它包括上云室、下云室、水汽腔和计算机单元，所述水汽腔经水汽阀与上云室连通，上云室还连有抽气泵和进气阀，上云室的顶部为密封透明石英玻璃，并在上云室顶部之上安装摄相仪，摄相仪和上云室顶之间还设有照明灯，上云室预留有测压孔，测压孔位置设有第一测压仪；下云室内置有第一控温片、第一温度传感器和采样片，第一控温片上设置采样片，第一温度传感器连接该采样片；所述上、下云室呈相对设置的罩壳状，上、下云室扣合时形成一个密封云室腔体；所述水汽腔为一圆柱体透明腔，其底部设有第二控温片和第二温度传感器，水汽腔上还预留有测压孔，测压孔位置设有第二测压仪；所述摄相仪、第一控温片和第二控温片的信号输入端均与计算机单元的信号输出端相连，所述第一、第二测压仪，第一、第二温度传感器和摄相仪的的信号输出端分别连接计算机单元的信号输入端。所述上云室后侧设有背架，上云室通过背架支撑在下云室的正上方，下云室底部设有升降架，升降架底部设有底座。进气阀进口前设有滤膜装置；上云室上方的摄相仪采用CXD照相机；摄相仪和上云室顶之间照明灯采用LED照明灯。本发明相比现有技术具有如下有益效果
目前，我国气象界对大气冰核的常规观测尚未展开，学术界对大气冰核的科学观测尚不完善。现有大气冰核观测仪器难以区分不同核化机制，只能控制单一的气象要素，难以达到较高的观测精度，且观测步骤较为繁杂。本发明可以分别测量凝华核化或凝结冻结核化机制作用下大气冰核形成冰晶的数浓度；本发明还可以测量不同温度、不同湿度、不同压力条件下大气冰核形成冰晶的数浓度；本发明观测数据的取得可以通过CCD照相机的拍照及计算机单元软件的处理，精度较高；本发明可通过计算机单元自动测量温度和压力，自动控制温度和湿度。本发明的云室系统可以区分不同的核化机制，分控不同的气象要素，提高仪器对的观测精度，改善整体的观测时效。从而为气象常规观测以及气象科学研究提供必要的技术设备。目前云降水物理研究仍不深入、尚不全面，本发明可以为云降水物理学科提供基础的研究数据；我国是目前世界上在人工影响天气方面投入最多、开展规模最大的国家，本发明可以为人工影响天气作业提供科学业务指导；目前气候变化及气候效应为全世界所关注，本发明可以为气候变化及气候效应预测提供基本观测事实。
图I为本发明用于大气冰核活化计数的云室的结构示意图。图2为本发明用于大气冰核活化计数的云室系统的结构示意图。图3为本发明用于大气冰核活化计数的云室系统的工作流程图。图中1_计算机单元；2_抽气泵；3_进气滤膜；4_进气阀；5_抽气阀；6_上云室，7-下云室；8_升降架；9-背架；10_底座；11-(XD照相机；12-LED照明灯；13_第一测压仪；13 '-第二测压仪；14-第一温度传感器；14 '-第二温度传感器；15-米样片；16-第一控温片；16 '-第二控温片；17-水汽阀；18-水汽腔；19-冰面；20-测压孔；20'-测压孔；21-采样片支架。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明实施例一
如图I所不，本发明的云室它包括上云室6、下云室7和水汽腔18,上、下云室呈相对设置的罩壳状，上、下云室扣合时形成一个圆柱形密封云室腔体。水汽腔18经水汽阀17与上云室6连通，上云室6还连有抽气泵2和进气阀4，上云室6预留有测压孔20 ;下云室7内置有第一控温片16、第一温度传感器和米样片15,第一控温片16上设置采样片15，第一温度传感器与采样片15连接，并采集温度信号；上云室6的顶部为透明，并在上云室6上方安装CXD照相机11，CXD照相机11通过一圆筒形支架安装在上云室6的上方，CXD照相机11和上云室6顶部之间还设有LED照明灯12，以便于CXD照相机11获取云室内采样片15上冰晶的照片。水汽腔18为一圆柱体透明腔，可方便地观测水汽腔内结冰情况。水汽腔18底部 设有第二控温片16 ’和第二温度传感器14 ’，水汽腔18上还预留有测压孔20 ’，准备安装第二测压仪13 ’。上云室6后侧设有背架9，上云室6通过背架9支撑在下云室7的正上方，下云室7底部设有升降架8，升降架8底部设有底座10。进气阀4进口前设有进气滤膜，以过滤进入云室的空气。实施例二
如图2所示，本发明用于大气冰核活化计数的云室系统包括上、下云室组成的密封云室腔体、水汽腔18和计算机单元I，其中上云室6安装CXD照相机11、LED照明灯12和第一测压仪13，下云室7下连有升降架8，升降架固定在底座10上，上云室通过背架9也固定在底座10上,下云室腔7内放有气溶胶的米样片15,第一控温片16上设置该米样片15,第一温度传感器14与米样片15连接,第一温度传感器14米集米样片15的温度信号；上云室6右端连有水汽腔18，水汽腔18左端通过水汽阀17与上云室7相连，水汽腔18上设有第二测压仪13 '，其内装有第二控温片16'，使得第二控温片16'上蒸馏水变成冰面19，第二温度传感器14 ^ (设在冰面以下)可以测量冰面的温度。上云室腔6左端连接进气阀4、抽气阀5、抽气泵2和进气滤膜3，抽气泵2通过抽气阀5与上云室6相连，进气滤膜3通过进气阀4与上云室6相连；测控通过计算机单元I控制CXD照相机11、LED照明灯12、第一测压仪13、第二测压仪13'、第一温度传感器14、第二温度传感器14 '、第一控温片16、第二控温片16 ’来实现对云室腔体内气象条件的控制和测量。本发明采用了第一、第二温度传感器，第一、第二控温片等多重控温设备，利用PID过程控制法，使得温控结果精确化、稳定化。本发明通过对水汽腔18内冰面温度和压力的控制，从而利用公式log e* =--^029S(Js: J - I) *5.02S0Siog(i: T)-L3S16xl0""(10113":"J : . -I) -log ‘计算出水汽腔内冰面饱和水汽压，利用水汽阀的连通使得及水汽腔内的冰面饱和水汽压与云室腔内的水汽压相等，再利用公式log / = —J029S(J5； T -l)-5J2S081og(J5, J)-L3816>a0""(IO1ii4iw *v-l)+log e::计算出云室腔内的饱和水汽压，最后利用公式f=e/E[式中f为相对湿度(％)，e为水汽压(hPa)，E为饱和水汽压(hPa)]计算出云室腔内的相对湿度，使得对湿度的控制巧妙化、精准化。
本发明设有进气阀4，云室工作时关闭它可以充分发挥抽气泵2的功效，而需要更换采样片时打开它可以使气体进入云室，并且其前部安装了过滤杂质的进气滤膜3，阻止了外部大气冰核及其它气溶胶粒子的进入。
本发明使用了 CXD照相机11作为观测工具，使用了 LED照明灯12作为照明工具，计算机单元I得到CCD照相机的拍摄图片后，将采样片底板定义为黑色，将其上冰晶定义为白色，并对其做网格化矩阵处理，当黑色区内出现连续白色区范围时定义其为冰核，最后累积得出冰核总数，并换算出单位体积内的冰核浓度；从而使得观测图片清晰化，观测结果精确化。该云室系统的工作流程如下
第一步利用气溶胶采样器，将包括大气冰核在内的气溶胶粒子采集到采样片上； 第二步将采样片放入下云室腔，调节升降架使上、下云室紧密配合，并调至水平； 第三步，在水汽腔内注入约0. 5 cm深蒸馏水，打开各系统开关，设置LED照明灯的亮
度；
第四步关闭排气阀，打开抽气泵，使云室腔内气压处于0帕左右；
第五步在计算机单元中设置要观测的温度、湿度，打开水汽阀，待各气象要素稳定后，利用CCD照相机拍摄观测图片，利用计算机单元记录观测结果；
第六步重复第5步操作，测量其它气象要素条件下大气冰核的数浓度；
第七步关闭抽气泵，打开进气阀，取出采样片，关闭系统。
权利要求
1.一种用于大气冰核活化计数的云室，其特征是它包括上云室、下云室和水汽腔，所述水汽腔经水汽阀与上云室连通，上云室还连有抽气泵和进气阀，上云室的顶部为密封透明石英玻璃，并在上云室上方安装摄相仪，摄相仪和上云室顶之间还设有照明灯，上云室预留有测压孔，测压孔位置设有第一测压仪；下云室内置有第一控温片、第一温度传感器和采样片，第一控温片上设置采样片，第一温度传感器连接采样片；所述上、下云室呈相对设置的罩壳状，上、下云室扣合时形成一个密封云室腔体；所述水汽腔为一圆柱体透明腔，其底部设有第二控温片和第二温度传感器，水汽腔上还预留有测压孔，测压孔位置设有第二测压仪。
2.根据权利要求I所述的云室，其特征是所述上云室后侧设有背架，上云室通过背架支撑在下云室的正上方，下云室底部设有升降架，升降架底部设有底座。
3.根据权利要求I或2所述的云室，其特征是所述进气阀进口前设有滤膜装置。
4.根据权利要求I所述的云室，其特征是所述摄相仪采用CCD照相机。
5.根据权利要求I所述的云室，其特征是所述摄相仪和上云室顶之间照明灯采用LED照明灯。
6.一种米用权利要求I所述云室的云室系统，其特征是它包括上云室、下云室、水汽腔和计算机单元，所述水汽腔经水汽阀与上云室连通，上云室还连有抽气泵和进气阀，上云室的顶部为密封透明石英玻璃，并在上云室上方安装摄相仪，摄相仪和上云室顶之间还设有照明灯，上云室预留有测压孔，测压孔位置设有第一测压仪；下云室内置有第一控温片、第一温度传感器和采样片，第一控温片上设置采样片，第一温度传感器连接采样片；所述上、下云室呈相对设置的罩壳状，上、下云室扣合时形成一个密封云室腔体；所述水汽腔为一圆柱体透明腔，其底部设有第二控温片和第二温度传感器，水汽腔上还预留有测压孔，测压孔位置设有第二测压仪；所述摄相仪、第一控温片和第二控温片的信号输入端均与计算机单元的信号输出端相连，所述第一、第二测压仪、第一、第二温度传感器和摄相仪的信号输出端分别连接计算机单元的信号输入端。
7.根据权利要求6所述的云室系统，其特征是所述上云室后侧设有背架，上云室通过背架支撑在下云室的正上方，下云室底部设有升降架，升降架底部设有底座。
8.根据权利要求6所述的云室系统，其特征是所述进气阀进口前设有滤膜装置。
9.根据权利要求6所述的云室系统，其特征是所述摄相仪采用CCD照相机。
10.根据权利要求6所述的云室，其特征是所述摄相仪和上云室顶之间照明灯采用LED照明灯。
全文摘要
本发明提供一种可以测量不同温度、不同湿度、不同压力条件下，大气冰核通过凝华核化或凝结冻结核化作用形成冰晶的云室。本发明提供用于大气冰核活化计数的云室及云室系统。本发明中的云室包括上云室、下云室和水汽腔，所述水汽腔经水汽阀与上云室连通，上云室还连有抽气泵和进气阀，上云室的顶部为密封透明石英玻璃，并在上云室上方安装摄相仪，摄相仪和上云室顶之间还设有照明灯，上云室预留有测压孔，测压孔位置设有第一测压仪；下云室内置有第一控温片、第一温度传感器和采样片；所述上、下云室呈相对设置的罩壳状，上、下云室扣合时形成一个密封云室腔体；所述水汽腔为一圆柱体透明腔，其底部设有第二控温片和第二温度传感器。
文档编号G01W1/00GK102645680SQ20121015060
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者卜令兵, 杨磊, 楚志刚, 王黎俊, 苏航, 蒋惠, 许汉冰, 银燕, 陈魁 申请人:南京信息工程大学
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