一种云粒子定标系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种云粒子定标系统，尤其是涉及一种基于按需式喷墨装置的云粒子定标系统，属于气象分析技术领域。
【背景技术】
[0002]云降水物理与人工影响天气是一门实验性非常强的学科，其理论上的进步主要依赖于对云降水系统的直接和遥感探测。近代云物理学所采用的研究方法，主要是利用飞机直接飞临云系的关键部位，获取各类云滴粒子的图像，从而进行有效的观测。
[0003]随着国民经济发展水平的飞速提高，对于云降水物理与人工影响天气研究的需求日益迫切。然而因为观测手段的限制，在云物理研究领域，还无法获得自然云中凇附、丛集等过程的真实信息，亟需研制相应的观测设备，能够准确提供云滴粒子中的细微图像，以求在云降水物理和人工影响天气领域有所突破。20世纪70年代美国研制出一套机载自动云滴粒子测量系统(Particle Measuring System,PMS)，运用光的散射理论获取云滴粒子图像，用于云微物理研究。这套系统在全世界得到了广泛应用，极大地推进了云降水物理和人工影响天气的发展，但是这套系统对粒子的分辨率只有25um，获取的图像不能进一步用于粒子形态研究。到上世纪末，Paul Lawson利用工业CCD相机设计并研制出一套云滴粒子照相系统，简称CPI(Cloud Particle Image)，获得了分辨率达到2.5um的云滴粒子图像。我国目前对于云微物理的研究所用的仪器主要依赖国外进口，这会产生昂贵的购买费用和定标费用，现在国内一些单位开始研制利用CCD相机的新一代机载云滴粒子测量设备。
[0004]对于云滴粒子测量系统来说，无论是基于光散射理论的PMS，还是利用工业CCD相机技术的CPI，对其进行精确定标是非常关键并且必不可少的过程，只有精确定标以后，才能使其具备测量云滴粒子实际大小的功能，所获取的云滴粒子图像才能用于研究。前面已经介绍，从国外购买的机载云滴粒子测量设备需花费昂贵的定标费用，而国内自行研制的机载云滴粒子测量设备也面临同样的定标问题。从国内看，对于机载云滴粒子测量设备的定标问题并没有深入研究，相关文献也是非常少。
[0005]传统的机载云滴粒子测量设备的定标方法有两种:第一种定标方法是从国外购买标准尺寸的固态粒子，将洁净细管固定于设备探测区域，用标准粒子发生器喷出溶于溶液或混合在气体中的标准粒子到细管中进行定标。这存在以下几个问题:一方面固态标准粒子和液态云滴粒子在光学物理属性上具有很大的差别，用固态粒子模拟云滴粒子进行定标本身会存在误差;一方面在定标过程中，固态标准粒子是杂乱无章地混合在溶液中或在高压气体中，容易粘连合并，不能对单个标准粒子进行有效的控制;还有在定标操作过程中，具体标准粒子并不是直观可见，且操作方法复杂;最后，从国外购买标准粒子定标也会产生昂贵费用。第二种定标方法是基于小孔衍射理论与Mie理论的相似性，用定位于测量区域中心位置的小孔代替云滴粒子进行定标，这种方法更加的具有不确定性，由于仅依赖于理论相似性，定标过程并不是直观的，使得定标结果并不够精确可靠。总之，这些方法所得到的结果不是非常令人满意的，现今国内并没有一个利用现代最新技术且相对于传统方法更加有效的解决方案，寻找更加精确可控的定标方法和定标系统来解决云滴粒子测量系统的定标问题已经迫在眉睫。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种云粒子定标系统，既能得到大小均匀、下落有序、尺寸可调的微滴用来模拟云粒子进行定标，又具有对喷出微滴实时采集观测的功能。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型涉及一种云粒子定标系统，包括隔膜真空栗、气压控制单元、储液罐、喷头机构、电压控制单元和视觉采集观测单元;所述隔膜真空栗与所述气压控制单元连接，所述气压控制单元通过气路管道与所述储液罐的液面以上部分相通，所述储液罐的液面以下部分通过输液管道与所述喷头机构连接，所述电压控制单元通过数据传输线分别连接所述喷头机构和所述视觉采集观测单元;所述喷头机构和所述视觉采集观测单元固定在机械支架上。
[0008]本实用新型技术方案的进一步限定为:所述气压控制单元包括气压控制器和气路管道，所述气压控制器接收所述隔膜真空栗提供的正压和真空压，输出可控的气压到所述储液触。
[0009]进一步地:所述喷头机构包括喷头和位移装置。
[0010]进一步地:所述喷头为一个外层包围着压电陶瓷的毛细玻璃管。
[0011]进一步地:所述位移装置为一个固定喷头的可移动机械支架，用于微调喷头的位置。
[0012]进一步地:所述电压控制单元包括电控制器和数据传输线，所述电控制器生成电压波通过数据传输线传输给所述喷头机构和所述视觉采集观测单元。
[0013]进一步地:所述视觉采集观测单元包括工业CCD相机、高分辨率工业镜头、光源控制器和频率灯，用于获取微滴图像，以监控所述喷头机构的工作状态。
[0014]进一步地:所述工业CCD相机的型号为大恒图像的DH-HV1351UM-M，所述高分辨率工业镜头的型号为视清科技的wWL40-l 1CT，所述光源控制器的型号为东莞科技的PW-
2012ο
[0015]本实用新型的有益效果是:本实用新型提供的一种云粒子定标系统，在工作过程中利用喷墨装置喷出的液态水滴粒子代替标准粒子或小孔进行定标，水滴粒子和云滴粒子在光学特性上基本一致，从而提高结果的准确性;本实用新型利用工业CCD相机可以随时观测喷出微滴粒子的形状与大小，通过控制参数与替换喷头使得系统具有极大的可控性;本实用新型可以得到稳定有序的均匀粒子，可以更好地用于定标;最后，本实用新型使用液态水滴粒子相比较于标准粒子可以极大地节省费用。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型云粒子定标系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明:
[0018]本实用新型的一种云粒子定标系统，如图1所示，包括隔膜真空栗1、气压控制单元
2、储液罐3、喷头机构4、电压控制单元5和视觉采集观测单元6。
[0019]隔膜真空栗I提供正压和真空压给气压控制单元2。
[0020]气压控制单元2包括气压控制器和气路管道，所述气压控制器通过所述气路管道连接储液罐3的液面以上部分，用于调节微喷过程中的气压状态，以便微滴能够稳定喷出。气压控制单元2的工作过程为:气压控制器接收隔膜真空栗I提供的正压与真空压，并通过对正压和真空压的混合调节，输出微量可控的气压，来控制喷口处液面的三种不同状态:液面内凹，液面水平，液面外凸，以便微滴的稳定形成。气压控制器包括单通道三种状态气压控制:压力驱气、真空驱气及操作压力控制，其上面的精密调节阀用来控制按需微喷模式的静态压力。气压控制器的正压输入不大于420kPa，真空压输入不大于_70kPa，调节精度为2mPa0
[0021]喷头机构4包括喷头和位移装置。所述喷头由外层包围着压电陶瓷的毛细玻璃管构成，用于精确喷出所需微滴。喷头的工作过程如下:毛细玻璃管的其中一端形成一个喷嘴，当电控制器供给一个电压脉冲时，根据压电效应，压电陶瓷管就会产生一个压力波穿过玻璃进入到液体中传播;在压力波的作用下，根据波传导理