本发明涉及人工影响天气技术领域，具体是指一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法。
背景技术：
声波消雾装置是一种人工影响天气的设备，该设备用于机场、港口、高速公路等局部区域应急消除雾害，保障交通运输或重大活动顺利进行。
以气温是否高于0℃为标准区分雾，可将雾分为两类：气温是高于0℃时出现的雾为暖雾；气温是低于0℃时出现的雾为冷雾。现有人工消雾技术如加热法对小范围区域的雾，大量燃烧汽油等燃料,或用航空发动机喷火加热空气,使雾滴蒸发而消散、吸湿法向雾中播撒盐粉、氯化钙粉、尿素、水坭等吸湿质粒作催化剂产生大量凝结核，水气在凝结核上凝结长成大水滴，雾滴在大水滴上凝结沉降，使雾消失、人工搅拌混合法用直升飞机在雾区顶部搅拌空气，把雾区顶以上干燥空气驱赶下来与雾中空气混合，使雾消失等只适用于消除暖雾。人工消冷雾的方法是用飞机、无人机、高射炮、火箭等工具将碘化银、干冰固态二氧化碳、液化丙烷、液氮等催化剂播撒到雾中，强烈降温，促使冷雾中出现大量冰晶，雾滴聚集变大而沉降，使雾消散。
目前中国专利“低频声波消雾装置”专利号：zl201020671329.8，是一种采用低频声波消散辐射雾的装置，其车载、辐射器等是结构设计，目前并无基于反馈用于人工消雾的调制声波发生装置自动调整控制方面的研究和报道。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法，解决现有低频声波消雾装置只针对辐射雾人工作业和不能客观评估作业效果的缺陷，不能调整作业方位和俯仰角度，不能根据作业进程作业区域气象的变化调整作业状态和节能的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于人工消雾的调制声波发生装置，包括设置在运输车上的撬装底盘，所述撬装底盘上设有动力系统、声波发生系统、旋转系统和工控机控制系统，所述撬装底盘包括底座、托盘和吊环，动力系统包括设置在托盘左侧的柴油发电机和供气组合，声波发生系统包括位于托盘中部的扬声号角和位于扬声号角一侧的声波调制发生器，旋转系统包括位于扬声号角末端的水平旋转机构以及位于水平旋转机构两侧的俯仰液压缸，所述托盘上在与声波调制发生器相对的一侧设有工控机控制系统。
优选的，所述声波调制发生器包括气室和混响室，混响室与气室连接，所述扬声号角与混响室连接，气室有进气口和电缆过孔，混响室与气室连接面气室，面气室一侧有密封座，多孔笼式调频轮嵌入密封座，密封座左右两侧有轴承座，右侧轴承座外侧有变速齿轮，用于调节声波频率和传送声波。
优选的，所述供气组合包括变频空气压缩机、净化装置、稳压罐、调压阀、流量调节阀、压力传感器、流量计和电磁阀，自变频空气压缩机起按顺序依次连接净化装置、稳压罐、调压阀、流量调节阀、压力传感器、流量计和电磁阀至声波调制发生器的气室，为声波调制发生器提供压力稳定的压缩空气和调节声波强度。
优选的，所述撬装底盘以外扬声号角的正前方设有能见度传感器、雾滴谱仪、声学传感器、温湿度传感器、风速传感器和大气压力传感器，在所述供气组合中安装压力传感器和流量计，在所述声波调制发生器和扬声号角的连接体上安装电子陀螺仪，在所述水平旋转机构上安装左限位开关、右限位开关，
优选的，所述工控机控制系统包括控制面板和工控机，能见度传感器、雾滴谱仪、声学传感器、温湿度传感器、风速传感器、大气压力传感器、压力传感器、流量计、电子陀螺仪、左限位开关、右限位开关分别与工控机输入端连接，工控机输出端分别连接声波频率调节电机、流量调节阀、电磁阀、俯仰液压缸和水平旋转机构。
一种用于人工消雾的调制声波发生装置的控制方法，控制调制声波发生装置的方法按照以下步骤进行：
步骤一：开机
按规定顺序开启以下设备：
ⅰ开启柴油发电机；
ⅱ开启变频空气压缩机；
ⅲ开启工控机控制系统；
步骤二：气象信息采集：
能见度传感器、雾滴谱仪、温湿度传感器、风速传感器、大气压力传感器将气象信息传入工控机，与预存的基础气象信息比较分析自动得出作业声波频率；
步骤三：声波调制：
声波调制通过工控机控制系统自动完成，或通过控制面板手动输入声波频率完成；
ⅰ工控机自动得出的作业声波频率，并换算成脉冲电流输出至声波频率调节电机；控制声波频率调节电机的转速；
ⅱ在控制面板手动输入作业声波频率换算成脉冲电流输出至声波频率调节电机，控制声波频率调节电机的转速；
ⅲ声波频率调节电机达到预定转速，工控机通过控制电磁阀启闭实现声波发生或停止；
ⅳ在控制面板手动输入作业声波强度换算成电信号流输出至流量调节阀，控制流量调节阀的开启量；
ⅳ声学传感器采集声波信息反馈至工控机，修正声波频率调节电机脉冲电流和流量调节阀的开启量，控制声波频率和强度；
步骤四：消雾作业：
参考步骤二测得的作业区域气象信息确定消雾使用的声波频率和声波强度，在控制面板上开启“手动操作”，其中：
ⅰ在控制面板手动输入声波频率和声波强度参数；工控机发出执行指令至声波频率调节电机和流量调节阀；
ⅱ在控制面板手动输入作业水平方位角度和俯仰角度，工控机发出执行指令至水平旋转机构和俯仰液压缸；
ⅲ在控制面板手动输入作业指令，工控机发出执行指令至电磁阀，开始消雾作业；
ⅳ能见度传感器、雾滴谱仪、温湿度传感器、大气压力传感器实时传送作业区域气象信息，监控消雾效果；
ⅴ电子陀螺仪实时传送作业水平方位角度和俯仰角度，监控设备作业姿态；
vi声学传感器实时传送作业声波信息，监控作业区域声场情况；
vii在控制面板手动输入修改声波频率、声波强度、水平方位角度和俯仰角度参数，工控机发出执行指令至声波频率调节电机、流量调节阀、水平旋转机构和俯仰液压缸，改变工作状态；
viii在控制面板手动输入作业停止指令，工控机发出执行指令至电磁阀，停止消雾作业；
步骤五：自动作消雾作业：
步骤二采集测得的作业区域气象信息后在控制面板上开启“自动运行”，工控机规划作业声波频率和强度实现自动化作业功能，其中：
ⅰ在控制面板键入能见度指标；
ⅱ在控制面板上选择键入作业声波频率区间上限和下限，频率变化周期；或者选择键入作业声波频率区间上限、下限、变化步长和每个变化频率的声波照射时间；
ⅲ在控制面板上选择键入作业声波强度区间上限和下限，频率变化周期；或者选择键入作业声波强度区间上限、下限、变化步长和每个变化声波强度的照射时间；
ⅳ在控制面板上选择键入作业水平角度区间上限和下限，水平角度变化周期；或者选择键入作业水平角度区间上限、下限、变化步长和每个变化水平方位的声波照射时间；
ⅴ在控制面板上点击“自动开始”，工控机按程序自动发出指令至声波频率调节电机、流量调节阀、水平旋转机构和俯仰液压缸，自动调节声波频率，声波强度、俯仰角度和水平方位，工控机自动发出指令至电磁阀，开始自动消雾；
vi能见度传感器、雾滴谱仪、温湿度传感器、风速传感器、大气压力传感器将作业区域气象数据信息传入工控机，流量计、压力传感器、电子陀螺仪将作业状态数据传入工控机，声学传感器将作业声波数据传入工控机；
vii工控机将步骤四vi测得的气象、作业状态、作业声波实时数据与步骤四中ii、iii、iv键入参数比较，修正消雾作业；
viii工控机将步骤四vi中能见度传感器测得的能见度数据与步骤四ⅰ键入的能见度参数比较，达到键入的能见度参数指标，工控机自动发出停止指令至电磁阀、波频率调节电机、流量调节阀，停止作业，工控机自动发出复位指令至水平旋转机构和俯仰液压缸，设备归于初始状态；
步骤六：停机：
ⅰ关闭工控机控制系统；
ⅱ关闭变频空气压缩机；
iii关闭柴油发电机。
本发明与现有技术相比的优点在于：使用声波消雾装置对消除暖雾和冷雾均有效果，有效的解决现有低频声波消雾装置只针对辐射雾人工作业和不能客观评估作业效果的缺陷，不能调整作业方位和俯仰角度，不能根据作业进程作业区域气象的变化调整作业状态和节能的问题，同时使用简便、低成本、效率较高。
附图说明
图1是本发明一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法的结构示意图。
图2是本发明一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法的俯视图。
图3是本发明一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法云雾自然消散雾滴粒径和浓度的变化过程图。
图4是本发明一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法施加声波雾滴粒径和浓度的变化过程图。
图5a是本发明一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法监测点1在施加声场后能见度变化与水雾自然消散状态下能见度变化对比图。
图5b是本发明一种用于人工消雾的调制声波发生装置及其控制方法监测点2在施加声场后能见度变化与水雾自然消散状态下能见度变化对比图。
如图所示：1、撬装底盘，2、底座，3、托盘，4、柴油发电机，5、扬声号角，6、水平旋转机构，7、供气组合，8、俯仰液压缸，9、声波调制发生器，10、工控机控制系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种用于人工消雾的调制声波发生装置，包括运输车和设置在运输车上的方舱，所述载重车体和方舱，运输车用于声波消雾装置机动运输；方舱用于防水、防尘、防紫外线辐射，运输车上设有撬装底盘1，所述撬装底盘1上设有动力系统、声波发生系统、旋转系统和工控机控制系统10，所述撬装底盘1包括底座2、托盘3和吊环，动力系统包括设置在托盘3左侧的柴油发电机4和供气组合7，声波发生系统包括位于托盘3中部的扬声号角5和位于扬声号角5一侧的声波调制发生器9，旋转系统包括位于扬声号角5末端的水平旋转机构6以及位于水平旋转机构6两侧的俯仰液压缸8，所述托盘3上在与声波调制发生器9相对的一侧设有工控机控制系统10。
所述声波调制发生器9包括气室和混响室，混响室与气室连接，所述扬声号角5与混响室连接，气室有进气口和电缆过孔，混响室与气室连接面气室，面气室一侧有密封座，多孔笼式调频轮嵌入密封座，密封座左右两侧有轴承座，右侧轴承座外侧有变速齿轮。
所述供气组合7包括变频空气压缩机、净化装置、稳压罐、调压阀、流量调节阀、压力传感器、流量计和电磁阀，自变频空气压缩机起按顺序依次连接净化装置、稳压罐、调压阀、流量调节阀、压力传感器、流量计和电磁阀至声波调制发生器9的气室，声波调制发生器9无需信号源，通过管路连接平衡稳压装置和变频空气压缩机，调节压缩空气射流获得所需频率和强度的声波；扬声号角5与声波调制发生器9连接，用于放大声波和向预定区域辐射声波。
所述撬装底盘1以外扬声号角5的正前方设有能见度传感器、雾滴谱仪、声学传感器、温湿度传感器、风速传感器和大气压力传感器，在所述供气组合7中安装压力传感器和流量计，在所述声波调制发生器9和扬声号角5的连接体上安装电子陀螺仪，在所述水平旋转机构6上安装左限位开关、右限位开关，
所述工控机控制系统10包括控制面板和工控机，能见度传感器、雾滴谱仪、声学传感器、温湿度传感器、风速传感器、大气压力传感器、压力传感器、流量计、电子陀螺仪、左限位开关、右限位开关分别与工控机输入端连接，工控机输出端分别连接声波频率调节电机、流量调节阀、电磁阀、俯仰液压缸8和水平旋转机构6。
一种用于人工消雾的调制声波发生装置的控制方法，控制调制声波发生装置的方法按照以下步骤进行：
步骤一：开机
按规定顺序开启以下设备：
ⅰ开启柴油发电机4；
ⅱ开启变频空气压缩机；
ⅲ开启工控机控制系统10；
步骤二：气象信息采集：
能见度传感器、雾滴谱仪、温湿度传感器、风速传感器、大气压力传感器将气象信息传入工控机，与预存的基础气象信息比较分析自动得出作业声波频率；
步骤三：声波调制：
声波调制通过工控机控制系统10自动完成，或通过控制面板手动输入声波频率完成；
ⅰ工控机自动得出的作业声波频率，并换算成脉冲电流输出至声波频率调节电机；控制声波频率调节电机的转速；
ⅱ在控制面板手动输入作业声波频率换算成脉冲电流输出至声波频率调节电机，控制声波频率调节电机的转速；
ⅲ声波频率调节电机达到预定转速，工控机通过控制电磁阀启闭实现声波发生或停止；
ⅳ在控制面板手动输入作业声波强度换算成电信号流输出至流量调节阀，控制流量调节阀的开启量；
ⅳ声学传感器采集声波信息反馈至工控机，修正声波频率调节电机脉冲电流和流量调节阀的开启量，控制声波频率和强度；
步骤四：消雾作业：
参考步骤二测得的作业区域气象信息确定消雾使用的声波频率和声波强度，在控制面板上开启“手动操作”，其中：
ⅰ在控制面板手动输入声波频率和声波强度参数；工控机发出执行指令至声波频率调节电机和流量调节阀；
ⅱ在控制面板手动输入作业水平方位角度和俯仰角度，工控机发出执行指令至水平旋转机构6和俯仰液压缸8；
ⅲ在控制面板手动输入作业指令，工控机发出执行指令至电磁阀，开始消雾作业；
ⅳ能见度传感器、雾滴谱仪、温湿度传感器、大气压力传感器实时传送作业区域气象信息，监控消雾效果；
ⅴ电子陀螺仪实时传送作业水平方位角度和俯仰角度，监控设备作业姿态；
vi声学传感器实时传送作业声波信息，监控作业区域声场情况；
vii在控制面板手动输入修改声波频率、声波强度、水平方位角度和俯仰角度参数，工控机发出执行指令至声波频率调节电机、流量调节阀、水平旋转机构6和俯仰液压缸8，改变工作状态；
viii在控制面板手动输入作业停止指令，工控机发出执行指令至电磁阀，停止消雾作业；
步骤五：自动作消雾作业：
步骤二采集测得的作业区域气象信息后在控制面板上开启“自动运行”，工控机规划作业声波频率和强度实现自动化作业功能，其中：
ⅰ在控制面板键入能见度指标；
ⅱ在控制面板上选择键入作业声波频率区间上限和下限，频率变化周期；或者选择键入作业声波频率区间上限、下限、变化步长和每个变化频率的声波照射时间；
ⅲ在控制面板上选择键入作业声波强度区间上限和下限，频率变化周期；或者选择键入作业声波强度区间上限、下限、变化步长和每个变化声波强度的照射时间；
ⅳ在控制面板上选择键入作业水平角度区间上限和下限，水平角度变化周期；或者选择键入作业水平角度区间上限、下限、变化步长和每个变化水平方位的声波照射时间；
ⅴ在控制面板上点击“自动开始”，工控机按程序自动发出指令至声波频率调节电机、流量调节阀、水平旋转机构6和俯仰液压缸8，自动调节声波频率，声波强度、俯仰角度和水平方位，工控机自动发出指令至电磁阀，开始自动消雾；
vi能见度传感器、雾滴谱仪、温湿度传感器、风速传感器、大气压力传感器将作业区域气象数据信息传入工控机，流量计、压力传感器、电子陀螺仪将作业状态数据传入工控机，声学传感器将作业声波数据传入工控机；
vii工控机将步骤四vi测得的气象、作业状态、作业声波实时数据与步骤四中ii、iii、iv键入参数比较，修正消雾作业；
viii工控机将步骤四vi中能见度传感器测得的能见度数据与步骤四ⅰ键入的能见度参数比较，达到键入的能见度参数指标，工控机自动发出停止指令至电磁阀、波频率调节电机、流量调节阀，停止作业，工控机自动发出复位指令至水平旋转机构6和俯仰液压缸8，设备归于初始状态；
步骤六：停机：
ⅰ关闭工控机控制系统10；
ⅱ关闭变频空气压缩机；
iii关闭柴油发电机4。
为验证强声波能够促进微小水滴或冰晶碰并，成长后的水滴或冰晶会在重力作用下沉降，在国家重点实验室中国气象局上海物管处云室进行了声波消除云雾机理实验，取得了积极成果。
雾滴谱变化分析
分析云室内模拟云雾自然消散过程(即空白实验)中雾滴粒径和各不同粒径雾滴浓度的变化。如附图3所示：
初始状态下(即0min)较大粒径的雾滴且浓度偏大的区域在8-16微米，浓度在500-1800个/cm3之间；10min时，5-10微米粒径的雾滴浓度明显增加，11-16微米粒径雾滴浓度减少；20min时，4-11微米粒径的雾滴浓度急剧增加，大于12微米雾滴浓度与10min时比较基本没有变化；30min时，3-4微米粒径的雾滴浓度明显增加，雾滴主要集中在3-6微米；40min时，雾滴浓度随有减少，但是主要集中在3-6微米，与30min时比较无明显变化。
分析云室内模拟云雾在施加声波后消散过程中雾滴粒径和各不同粒径雾滴浓度的变化。如附图4所示：
初始状态与空白实验略有不同，较大粒径的雾滴且浓度偏大的区域在5-11微米，浓度在500-1400个/cm3之间，成双峰分布；施加声波10min时，4-6微米粒径的雾滴浓度明显增加，8-12微米粒径雾滴浓度大幅减少，可以证明大粒径雾滴在重力作用下已经沉降；施加声波20min时，已经很难捕捉到雾滴。
对比声波消散雨雾实验和空白实验，可以得出判断，声波能够促进微小雾滴碰并，使之沉降。利用声波可以实现消除水雾。利用声凝聚理论消雾的机理得以验证。
施加声波后能见度变化情况分析
对云室内的模拟云雾施加一定频率的强声波，不仅雾滴粒径分布出现变化，云室内的能见度也逐渐好转。如附图5a和附图5b所示：
图5a是布置在距声源5m处的能见度仪测得的对模拟云雾施加声波后实时能见度变化与空白实验能见度变化的对比。图5b是布置在距声源10m处的能见度仪测得的对模拟云雾施加声波后实时能见度变化与空白实验能见度变化的对比。
在云室内设置两个监测点，即监测点1和监测点2，图5a和图5b分别是监测点1和监测点2在施加声场后能见度变化与水雾自然消散状态下能见度变化对比，从这两处能见度变化分析，第一，施加声波后能见度转好速度比空白实验明显加快；第二，声场内这两处测试点能见度变化趋势相同；第三，云室内能见度转好与雾滴谱趋于无法检测相互印证，证明声波促进了雾滴碰并成长下落使雾消除。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。