降水云水成物粒子探测仪及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种降水云水成物粒子探测仪及其系统，属于仪器设备领域。该降水云水成物粒子探测仪包括其上安装有第一安装架的飞行承载基体，第一安装架上设置有降水云水成物粒子相态及大小采集单元和用于采集部分或全部通过降水云水成物粒子相态及大小采集单元的降水云水成物粒子电荷采集单元。降水云水成物粒子探测系统包括本方案设计的降水云水成物粒子探测仪和与所述无线通信模块连接的数据接收处理终端。

Precipitation cloud water particle detector and its system

【技术实现步骤摘要】
降水云水成物粒子探测仪及其系统
本专利技术涉及仪器设备领域，具体涉及一种降水云水成物粒子探测仪及其系统。
技术介绍
云和降水物理学是大气科学的重要组成部分，是研究灾害性天气成因及其防治方法的理论基础。按照冷云降水理论，降水云从云顶出现冰晶，冰晶在下落过程中经历了凝华、凇附、碰并、聚合等增长过程，在不同的外部环境下，进而生成雪花、霰或冰雹粒子，这些粒子下落通过融化层后，有的以雨粒子形式落到地面，有的以雪花和冰雹粒子落到地面。这些粒子的垂直时空分布特性数据，揭示了空中水汽从云粒子到发展成降水粒子的微物理变化过程，也揭示了灾害性天气的成因及其与周围环境的关系。因此，探测和了解降水云水成物粒子(降水云从云顶到地面形成的粒子(以下简称粒子)不同高度处的相态(云滴(球形0.01-0.1mm)、雨滴(小雨滴为球形0.1-10mm，大雨滴是椭球形)、冰晶(长条或圆盘形状)、过冷水滴(负温下未结冰的水滴)、雪花(薄片不规则形状)、霰(软雹(白色不透明)表面不光滑的近似球形)、冻滴(透明的冰粒)、冰雹(表面不光滑的近似球形(白色半透明)))、大小、带电荷多少及其极性，对于研究其与周围环境的关系、研究灾害天气的成因和预报方法以及进一步了解和发展不同类型降水云的发展机理至关重要。目前人们利用飞机携带PMS(ParticleMeasurementSystem，粒子测量系统)或DMT(DropletMeasurementTechnologies，水滴测量技术)探测仪器进到云内探测，只能得到不同高度粒子相态信息，不能同时得到其带电荷信息。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术旨在提供一种能够同时采集不同高度粒子相态、大小和电荷的降水云水成物粒子探测仪及其系统。为了达到上述专利技术创造的目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种降水云水成物粒子探测仪，其包括其上安装有第一安装架的飞行承载基体，第一安装架上设置有降水云水成物粒子相态及大小采集单元和用于采集部分或全部通过降水云水成物粒子相态及大小采集单元的降水云水成物粒子电荷采集单元。进一步地，降水云水成物粒子相态及大小采集单元包括第一安装架上设置的围合形成长方体状的贯通腔的本体，飞行承载基体上设置有与贯通腔顶部连通的开口；本体的材质为电热玻璃，本体的内侧壁表面设置有不亲水涂层，第一安装架上安装有两个正交排列且分别用于拍摄本体两个相邻侧壁方向画面的相机、两个正交排列且用于分别向本体的另外两个侧壁发射平行光的光源机构、用于向本体供电的电源调节模块、环境信息采集模块、定位模块和控制单元；两个光源机构发出的平行光平行于两个相机的正交平面且垂直于本体的侧壁；降水云水成物粒子电荷采集单元位于本体的底部，控制单元分别与无线通信模块、电源调节模块、环境信息采集模块、定位模块、降水云水成物粒子电荷采集单元和两个相机连接。进一步地，光源机构包括激光光源和与激光光源配合的透镜。进一步地，电源调节模块包括供电电池和与供电电池连接的温度控制器。进一步地，环境信息采集模块为无线电探空仪。进一步地，降水云水成物粒子电荷采集单元包括安装在降水云水成物粒子相态及大小采集单元上的连接件，连接件上安装有用于供部分或全部通过降水云水成物粒子相态及大小采集单元的降水云水成物粒子通过的框体，框体内安装有若干组阵列分布的感应线圈，每组感应线圈通过一个用于收集和释放感应线圈产生电荷的电荷收释电路与控制单元连接。进一步地，连接件包括安装在本体一侧壁底部的第二安装架，第二安装架上套设有弹簧，弹簧的一端与第二安装架固定连接，弹簧的两端分别通过一支架与框体铰接。进一步地，每组感应线圈的直径不超过5mm。进一步地，电荷收释电路包括其正极与磁感线圈第一端连接的第一二极管和其负极与磁感线圈第一端连接的第二二极管，第一二极管和第二二极管的另一端通过一个并联在一起的电容和采样开关与磁感线圈的第二端连接，第一二极管与电容的连接节点和第二二极管与电容的连接节点与控制单元连接。另一方面，本方案还提供一种降水云水成物粒子探测系统，其包括本方案设计的降水云水成物粒子探测仪和与无线通信模块连接的数据接收处理终端。本专利技术的有益效果为：随着降水云水成物粒子探测仪的上升，降水云水成物粒子相态及大小采集单元采集部分不同高度粒子的图像，并通过无线通信模块将图像及其对应的位置信息发送至数据接收处理终端。数据接收处理终端根据粒子的图像获得粒子的空间坐标、相态、大小和下落速度，并根据相态对粒子进行分类，得到各类粒子的数量；对于同一类粒子，再以其大小和数量，计算得到每类粒子的谱分布数据；同时降水云水成物粒子电荷采集单元采集部分或全部通过降水云水成物粒子相态及大小采集单元粒子产生的充电量信息和极性，并将充电量信息、极性和其采集时刻发送至数据接收处理终端。数据接收处理终端根据充电量信息及其采集时刻，结合粒子的空间坐标和下落速度得到通过降水云水成物粒子电荷采集单元的粒子的带电荷多少。从而形成降水云内不同高度粒子的分布特性。如果保持降水云水成物粒子探测仪的高度不变，就能得到对应高度的粒子特性随时间变化的数据。这两种数据对后续云和降水物理学的研究都非常重要。附图说明图1为具体实施例中，降水云水成物粒子探测仪控制部分的原理图；图2为具体实施例中，降水云水成物粒子相态及大小采集单元和降水云水成物粒子电荷采集单元的局部结构示意图；图3为图2中降水云水成物粒子电荷采集单元的局部结构示意图；图4为与图3中感应线圈连接的电荷收释电路的电路图。其中，1、光源；2、透镜；3、本体；4、相机；5、降水云水成物粒子电荷采集单元；6、感应线圈；7、框体；8、第二安装架；9、弹簧；10、第一二极管；11、第二二极管；12、控制单元。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式做详细说明，以便于本
的技术人员理解本专利技术。但应该清楚，下文所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。提供一种降水云水成物粒子探测仪，包括其上安装有第一安装架的飞行承载基体，第一安装架上设置有降水云水成物粒子相态及大小采集单元和用于采集部分或全部通过降水云水成物粒子相态及大小采集单元的降水云水成物粒子电荷采集单元5。实施时，本方案优选定位模块为北斗定位仪，用于采集飞行承载基体的经纬度和高度信息，环境信息采集模块为无线电探空仪，其位于飞行承载基体外，用于采集环境的温度、湿度和气压。如图1和图2所示，降水云水成物粒子相态及大小采集单元包括第一安装架上设置的围合形成长方体状的贯通腔的本体3，飞行承载基体上设置有与贯通腔顶部连通的开口；本体3的材质为电热玻璃，本体3的内侧壁表面设置有不亲水涂层，第一安装架上安装有两个正交排列且分别用于拍摄本体3两个相邻侧壁方向画面的相机4、两个正交排列且用于分别向本体3的另外两个侧壁发射平行光的光源机构、用于向本体3供电的电源调节模块、环境信息采集模块、定位模块和控制单元12；两个光源机构发出的平行光平行于两个相机4的正交平面且垂直于本体3的侧壁；降水云水成物粒子电荷采集单元5位于本体3的底部，控制单元12分别与无线通信模块、电源调节模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.降水云水成物粒子探测仪，其特征在于，包括其上安装有第一安装架的飞行承载基体，所述第一安装架上设置有降水云水成物粒子相态及大小采集单元和用于采集部分或全部通过所述降水云水成物粒子相态及大小采集单元的降水云水成物粒子电荷采集单元(5)。

【技术特征摘要】
1.降水云水成物粒子探测仪，其特征在于，包括其上安装有第一安装架的飞行承载基体，所述第一安装架上设置有降水云水成物粒子相态及大小采集单元和用于采集部分或全部通过所述降水云水成物粒子相态及大小采集单元的降水云水成物粒子电荷采集单元(5)。2.根据权利要求1所述的降水云水成物粒子探测仪，其特征在于，所述降水云水成物粒子相态及大小采集单元包括所述第一安装架上设置的围合形成长方体状的贯通腔的本体(3)，所述飞行承载基体上设置有与所述贯通腔顶部连通的开口；所述本体(3)的材质为电热玻璃，所述本体(3)的内侧壁表面设置有不亲水涂层，所述第一安装架上安装有两个正交排列且分别用于拍摄本体(3)两个相邻侧壁方向画面的相机(4)、两个正交排列且用于分别向所述本体(3)的另外两个侧壁发射平行光的光源机构、用于向所述本体(3)供电的电源调节模块、环境信息采集模块、定位模块和控制单元(12)；两个所述光源机构发出的平行光平行于两个所述相机(4)的正交平面且垂直于所述本体(3)的侧壁；所述降水云水成物粒子电荷采集单元(5)位于本体(3)的底部，所述控制单元(12)分别与无线通信模块、所述电源调节模块、环境信息采集模块、定位模块、降水云水成物粒子电荷采集单元(5)和两个相机(4)连接。3.根据权利要求2所述的降水云水成物粒子探测仪，其特征在于，所述光源机构包括激光光源(1)和与所述激光光源(1)配合的透镜(2)。4.根据权利要求2所述的降水云水成物粒子探测仪，其特征在于，所述电源调节模块包括供电电池和与所述供电电池连接的温度控制器。5.根据权利要求2所述的降水云水成物粒子探测仪，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王致君，苏德斌，杨宁，刘彦，雷洪雨，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，成都亘波雷达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51