一种云粒子散射函数的探测系统、方法和装置制造方法及图纸

本申请公开一种云粒子散射函数(散射强度随散射角度的分布)的探测系统、方法和装置。云室壁上设置有多个玻璃视窗两两相对，激光发射装置设置在云室外部，其发出的激光束通过多个玻璃视窗中的第一玻璃视窗入射到云室，并从多个玻璃视窗中与第一玻璃视窗相对的第二玻璃视窗出射；激光束在入射到出射的过程中被云室内的云粒子散射形成散射光。接收装置位于云室外部，分别设置在第一玻璃视窗、第二玻璃视窗和第三玻璃视窗所在位置，通过其上包括的光电探测器接收散射光，测量散射光的第一光强信息；第三玻璃视窗位于第一玻璃视窗与第二玻璃视窗所在直线的侧面。计算设备位于云室外部，根据不同接收装置测量得到的第一光强信息确定散射函数。

【技术实现步骤摘要】
一种云粒子散射函数的探测系统、方法和装置
本申请涉及探测
，特别是涉及一种云粒子散射函数的探测系统、方法和装置。
技术介绍
云是影响地气系统辐射收支和气候变化的重要因素。而云对辐射的影响，很大程度上决定于云粒子的散射函数，即云粒子对光的散射能力及其角度分布。散射函数反映了云微物理特性(云粒子数浓度、尺度谱、相态等)，对云微物理过程和云的遥感探测非常重要。在云室实验中，可靠地获取云粒子散射函数是认识实验中云的生消演变进而探究云的辐射效应所必需的。目前，云室内的云粒子探测主要采用将探测仪器直接置于云室内进行测量的方案。然而，由于云室中温度、湿度和压强的变化范围很大，如果将探测仪器直接置于云室内，探测仪器可能难以适应温湿压的剧烈变化，并且探测仪器的存在也会影响云室内的运行环境，从而影响探测结果，引入测量误差。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种云粒子散射函数的探测系统、方法和装置，该探测系统所有设备都位于云室外部，不会影响云室内的运行环境，也不会影响探测系统本身的测量准确性，从而尽量减小对探测结果的影响，减少测量误差。同时通过该系统可以实现前向散射、后向散射和侧向散射，使得不同接收装置的散射角度范围有重叠，进一步提高探测准确性。第一方面，本申请实施例提供一种云粒子散射函数的探测系统，云室中可通过实验生成云粒子，云室壁上设置有多个玻璃视窗，所述多个玻璃视窗两两相对，所述探测系统包括激光发射装置、接收装置和计算设备：所述激光发射装置设置在云室外部，所述激光发射装置发出的激光束通过所述多个玻璃视窗中的第一玻璃视窗入射到所述云室，并从所述多个玻璃视窗中的第二玻璃视窗出射，所述第一玻璃视窗与所述第二玻璃视窗相对；所述激光束在入射到出射的过程中被所述云室内的云粒子散射形成散射光；所述接收装置位于所述云室外部，分别设置在所述多个玻璃视窗中的所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗所在位置，所述接收装置分别透过所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗，通过其上包括的光电探测器接收所述散射光，测量所述散射光的第一光强信息；所述第三玻璃视窗位于所述第一玻璃视窗与所述第二玻璃视窗所在直线的侧面；所述计算设备设置在所述云室外部，用于获取不同接收装置测量得到的所述第一光强信息，并根据所述第一光强信息确定散射函数。可选的，所述云室壁围绕的形状的横截面是圆形，所述第一玻璃视窗和所述第二玻璃视窗所在直线为所述圆形的第一条直径，所述第三玻璃视窗位于与所述第一条直径垂直的第二条直径上。可选的，所述激光发射装置包括激光器、起偏器和扩束元件：所述激光器用于产生所述探测系统需要的激光；所述起偏器用于将所述激光器发出的激光转换成线偏振光；所述扩束元件用于对所述线偏振光进行扩束得到所述激光束。可选的，所述接收装置还包括检偏器，所述探测系统还包括驱动电机：所述驱动电机用于驱动所述检偏器旋转，以控制所述光电探测器在不同时刻接收到不同偏振状态的散射光，且设置在所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗的接收装置中的光电探测器在同一时刻接收的散射光的偏振状态相同。可选的，所述探测系统还包括激光能量计：所述激光能量计设置在所述第二玻璃视窗处，所述激光能量计用于在所述云室内未充满云粒子时测量所述激光束的第二光强信息，所述激光能量计还用于在所述云室内充满云粒子时测量所述激光束的第三光强信息。可选的，所述计算设备用于控制所述激光发射装置和所述接收装置，并获取所述第一光强信息和所述第二光强信息，根据所述第一光强信息和所述第二光强信息确定所述散射函数，并与所述第三光强信息相互印证。可选的，所述接收装置还包括滤光片，所述探测系统还包括驱动电机，所述激光束包括多种波长：所述驱动电机用于驱动所述滤光片旋转，以控制所述光电探测器在不同时刻接收到不同波长的散射光，且设置在所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗的接收装置中的光电探测器在同一时刻接收的散射光波长相同。第二方面，本申请实施例提供一种云粒子散射函数的探测方法，所述方法基于第一方面任一项所述的探测系统实现，所述方法包括：获取不同接收装置测量得到的第一光强信息；根据所述第一光强信息确定散射函数。可选的，若所述探测系统包括激光能量计，所述方法还包括：获取激光能量计测量得到的第二光强信息；所述根据所述第一光强信息确定散射函数，包括：根据所述第一光强信息和所述第二光强信息确定所述散射函数。可选的，所述方法还包括：对所述探测系统进行系统标定，所述系统标定包括像元辐射标定、像元投影和所述光电探测器的探测信号标定。可选的，若所述激光发射装置包括激光器、起偏器和扩束元件，所述接收装置中包括检偏器，所述方法还包括：根据散射光的偏振状态确定所述云粒子的相态。可选的，若所述接收装置还包括滤光片，所述探测系统还包括驱动电机，所述激光束包括多种波长，所述方法还包括：控制所述驱动电机驱动所述滤光片旋转，以控制所述光电探测器在不同时刻接收到不同波长的散射光，且设置在所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗的接收装置中的光电探测器在同一时刻接收的散射光波长相同；若所述多种波长包括三种波长，所述获取不同接收装置测量得到的所述第一光强信息，包括：获取不同接收装置在第一时刻得到的第一波长散射光的第一光强信息，获取不同接收装置在第二时刻得到的第二波长散射光的第一光强信息，以及获取不同接收装置在第三时刻得到的第三波长散射光的第一光强信息；所述根据所述第一光强信息确定散射函数，包括：根据所述第一波长散射光的第一光强信息、所述第二波长散射光的第一光强信息以及所述第三波长散射光的第一光强信息确定所述散射函数。第三方面，本申请实施例提供一种云粒子散射函数的探测装置，所述装置基于第一方面任一项所述的探测系统执行任一项探测方法，所述装置包括：获取单元，用于获取不同接收装置测量得到的第一光强信息；确定单元，用于根据所述第一光强信息确定散射函数。可选的，若所述探测系统包括激光能量计，所述获取单元，还用于：获取激光能量计测量得到的第二光强信息；所述确定单元，用于根据所述第一光强信息和所述第二光强信息确定所述散射函数。可选的，所述装置还包括：标定单元，用于对所述探测系统进行系统标定，所述系统标定包括像元辐射标定、像元投影和所述光电探测器的探测信号标定。可选的，若所述激光发射装置包括激光器、起偏器和扩束元件，所述接收装置中包括检偏器，所述确定单元还用于：根据散射光的偏振状态确定所述云粒子的相态。可选的，若所述接收装置还包括滤光片，所述探测系统还包括驱动电机，所述激光束包括多种波长，所述装置还包括：控制单元，用于控制所述驱动电机驱动所述滤光片旋转，以控制所述光电探测器在不同时刻接收到不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种云粒子散射函数的探测系统，其特征在于，云室中包括云粒子，云室壁上设置有多个玻璃视窗，所述多个玻璃视窗两两相对，所述探测系统包括激光发射装置、接收装置和计算设备：/n所述激光发射装置设置在云室外部，所述激光发射装置发出的激光束通过所述多个玻璃视窗中的第一玻璃视窗入射到所述云室，并从所述多个玻璃视窗中的第二玻璃视窗出射，所述第一玻璃视窗与所述第二玻璃视窗相对；所述激光束在入射到出射的过程中被所述云室内的云粒子散射形成散射光；/n所述接收装置位于所述云室外部，分别设置在所述多个玻璃视窗中的所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗所在位置，所述接收装置分别透过所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗，通过其上包括的光电探测器接收所述散射光，测量所述散射光的第一光强信息；所述第三玻璃视窗位于所述第一玻璃视窗与所述第二玻璃视窗所在直线的侧面；/n所述计算设备设置在所述云室外部，用于获取不同接收装置测量得到的所述第一光强信息，并根据所述第一光强信息确定云粒子散射函数。/n

【技术特征摘要】
1.一种云粒子散射函数的探测系统，其特征在于，云室中包括云粒子，云室壁上设置有多个玻璃视窗，所述多个玻璃视窗两两相对，所述探测系统包括激光发射装置、接收装置和计算设备：
所述激光发射装置设置在云室外部，所述激光发射装置发出的激光束通过所述多个玻璃视窗中的第一玻璃视窗入射到所述云室，并从所述多个玻璃视窗中的第二玻璃视窗出射，所述第一玻璃视窗与所述第二玻璃视窗相对；所述激光束在入射到出射的过程中被所述云室内的云粒子散射形成散射光；
所述接收装置位于所述云室外部，分别设置在所述多个玻璃视窗中的所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗所在位置，所述接收装置分别透过所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗，通过其上包括的光电探测器接收所述散射光，测量所述散射光的第一光强信息；所述第三玻璃视窗位于所述第一玻璃视窗与所述第二玻璃视窗所在直线的侧面；
所述计算设备设置在所述云室外部，用于获取不同接收装置测量得到的所述第一光强信息，并根据所述第一光强信息确定云粒子散射函数。


2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述云室壁围绕的形状的横截面是圆形，所述第一玻璃视窗和所述第二玻璃视窗所在直线为所述圆形的第一条直径，所述第三玻璃视窗位于与所述第一条直径垂直的第二条直径上。


3.根据权利要求1或2所述的探测系统，其特征在于，所述激光发射装置包括激光器、起偏器和扩束元件：
所述激光器用于产生所述探测系统需要的激光；
所述起偏器用于将所述激光器发出的激光转换成线偏振光；
所述扩束元件用于对所述线偏振光进行扩束得到所述激光束。


4.根据权利要求1或2所述的探测系统，其特征在于，所述接收装置还包括检偏器，所述探测系统还包括驱动电机：
所述驱动电机用于驱动所述检偏器旋转，以控制所述光电探测器在不同时刻接收到不同偏振状态的散射光，且设置在所述第一玻璃视窗、所述第二玻璃视窗和第三玻璃视窗的接收装置中的光电探测器在同一时刻接收的散射光的偏振状态相同。


5.根据权利要求1或2所述的探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括激光能量计：
所述激光能量计设置在所述第二玻璃视窗处，所述激光能量计用于在所述云室内未充满云粒子时测量所述激光束的第二光强信息，所述激光能量计还用于在所述云室内充满云粒子时测量所述激光束的第三光强信息。


6.根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述计算设备用于控制所述激光发射装置和所述接收装置，并获取所述第一光强信息和所述第二光强信息，根据所述第一光强信息和所述第二光强信息确定所述散射函数，并与所述第三光强信息相互印证。


7....

【专利技术属性】
技术研发人员：邓兆泽，李睿劼，冉靓，黄梦宇，田平，边宇轩，
申请(专利权)人：北京市人工影响天气办公室，中国科学院大气物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11