一种模拟大气膨胀降温造云过程及监测的云室装置的制作方法

本实用新型涉及气象研究装置技术领域，具体涉及一种模拟大气膨胀降温造云过程及监测的云室装置。

背景技术：

气象用通俗的话来说，它是指发生在天空中的风、云、雨、雪、霜、露、虹、晕、雷电等一切大气的物理现象，而气象研究则是人们调查、分析大气气候、海洋气象与地震特性，并通过一定的技术预报出一定结论的研究。

气象部门、高校研究团体在进行气象研究，或中小学在气象科普时，通常采用的方法是数据、表格、图形来对成云的状态进行描述，但是因无法准确地观察到成云的过程，无法对成云过程进行模拟，数据、表格、图形多为抽象的表达形式，对气象的研究及气象的科普造成一定的阻碍。因此，研发一种能够模拟大气膨胀降温造云过程及监测的云室装置显得十分重要。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种模拟大气膨胀降温造云过程及监测的云室装置，以解决目前的气象研究无法准确地观察到成云的过程，对气象的研究及气象的科普造成一定的阻碍的问题，以实现对成云状况的模拟，以更加方便地观察成云的过程，有利于对气象的研究。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种模拟大气膨胀降温造云过程及监测的云室装置，包括能够打开并能够部分透光的密闭模拟筒以及与密闭模拟筒相连通用于对密闭模拟筒内部进行抽真空降压的抽真空降压机构，密闭模拟筒内设置有用于发出亮光以便于人眼观察密闭模拟筒内部成云状况的led照射灯；所述密闭模拟筒内还分别设置有用于在抽真空降压机构运行时检测密闭模拟筒内部压力状况的压力检测机构以及用于在抽真空降压机构运行时检测密闭模拟筒内部温度状况的温度检测机构，压力检测机构和温度检测机构的信号输出端分别连接有用于进行信号采集的信号采集器，信号采集器将采集信号传输至上位机进行显示。

进一步优化技术方案，所述密闭模拟筒包括筒体和盖设在筒体上方的盖板。

进一步优化技术方案，所述led照射灯设置在盖板的底端，led照射灯的灯口朝向前下方倾斜设置，led照射灯上设置有led照射灯开关。

进一步优化技术方案，所述抽真空降压机构包括从盖板插入到密闭模拟筒内部的抽真空管路以及与抽真空管路末端相连通的真空泵，真空泵上设置有真空泵开关；所述抽真空管路上还连通设置有补气管路，补气管路上设置有阀门。

进一步优化技术方案，所述密闭模拟筒的外部设置有用于通过激光照射的方式判断成云浓密的云雾检测机构，云雾检测机构的信号输出端连接于信号采集器的信号输入端。

进一步优化技术方案，所述云雾检测机构包括用于发射激光的激光发射器以及与激光发射器位置相对应用于接收激光发射器发射的激光的光电探测器，激光发射器和光电探测器分别位于密闭模拟筒的左右两侧。

进一步优化技术方案，所述激光发射器的底端连接设置有用于调节激光发射器高度的第一高度可调支架，光电探测器的底端连接设置有用于调节光电探测器高度的第二高度可调支架；所述第一高度可调支架上连接设置有螺纹调节筒，激光发射器的外壁上开设有与螺纹调节筒相配装的外螺纹。

进一步优化技术方案，所述温度检测机构包括设置在密闭模拟筒上方并插入到密闭模拟筒内部的温度传感器，伸出密闭模拟筒的温度传感器与密闭模拟筒的顶端面之间设置有第一密封垫，温度传感器的信号输出端连接于信号采集器的信号输入端。

进一步优化技术方案，所述压力检测机构包括设置在密闭模拟筒上方并插入到密闭模拟筒内部的压力传感器，伸出密闭模拟筒的压力传感器与密闭模拟筒的顶端面之间设置有第二密封垫，压力传感器的信号输出端连接于信号采集器的信号输入端。

进一步优化技术方案，所述密闭模拟筒的底端放置在背景板上。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得的技术进步如下。

本实用新型的用于模拟大气中气体上升过程因膨胀冷却生成暖云的过程，是演示大气中气团上升时经过膨胀冷却成云的过程，通过对密闭模拟筒内的大气进行抽真空操作，使得密闭模拟筒内部产生冷凝云团，设置的led照射灯能够直观地观察到成云的状态，并通过压力检测机构、温度传感器、云雾检测机构能够实时地采集密闭模拟筒内的压力、温度和云雾状况，进而更好地判断在何种压力及温度变化状态下产生云雾团，更加有利于气象研究，对于气象部门、高校研究团体、中小学气象科普方面都有很大的用途。

本实用新型led照射灯的灯口朝向前下方倾斜设置，进而使得led照射灯产生的部分光束能够射入人眼，部分光束实现对成云云滴的照射。

本实用新型还使用了激光探测的方法，激光发射器发出激光，激光射入到产生冷凝云团的密闭模拟筒内。成云后云滴对激光散射，导致激光光能减少，与激光发射器相对应设置的光电探测器接收到的信号减弱，根据光电探测器信号减弱的程度判断成云的浓密。同时，光电探测器能够将接收到的激光信号转为电压信号，并将信号反馈至上位机，在上位机内进行显示，使得检测更加精准。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的另一视角结构示意图；

图3为本实用新型盖板打开时的结构示意图；

图4为本实用新型筒体的结构示意图。

其中：1、密闭模拟筒，11、筒体，111、水平环板，112、环形凸起，12、盖板；2、抽真空降压机构，21、抽真空管路，22、真空泵，23、真空泵开关，24、补气管路，25、阀门；3、led照射灯，31、led照射灯开关；4、云雾检测机构，41、激光发射器，411、外螺纹，42、光电探测器，43、第一高度可调支架，44、第二高度可调支架，45、螺纹调节筒；5、信号采集器；6、背景板；7、温度检测机构，71、温度传感器，72、第一密封垫；8、压力检测机构，81、压力传感器，82、第二密封垫。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种模拟大气膨胀降温造云过程及监测的云室装置，结合图1至图4所示，包括密闭模拟筒1、抽真空降压机构2、led照射灯3、压力检测机构8、温度检测机构7、信号采集器5和上位机。

密闭模拟筒1能够打开，并能够部分透光。密闭模拟筒1设置为深色，使得在打开led照射灯3时能够通过人眼观察到密闭模拟筒1内部的成云状况。

密闭模拟筒1包括筒体11和盖设在筒体11上方的盖板12。筒体11设置为圆筒状，筒体11的上方开口，筒体11的顶端固定设置有水平环板111，水平环板111的顶端固定设置有环形凸起112。盖板12的底端盖设在水平环板111上。

密闭模拟筒1的底端放置在背景板6上，背景板6设置为黑色。

抽真空降压机构2与密闭模拟筒1相连通，用于对密闭模拟筒1内部进行抽真空降压。

抽真空降压机构2包括抽真空管路21以及真空泵22。抽真空管路21从盖板12插入到密闭模拟筒1内部。真空泵22与抽真空管路21末端相连通，真空泵22上设置有真空泵开关23，打开真空泵开关23可启动真空泵22。

抽真空管路21上还连通设置有补气管路24，补气管路24上设置有阀门25。当真空泵22关闭时，可通过打开阀门25，使得外界大气进入到抽真空管路21内以及密闭模拟筒1内，使得密闭模拟筒1不再处于真空状态，以便于进行下一次模拟。

led照射灯3设置在密闭模拟筒1内，用于发出亮光以便于人眼观察密闭模拟筒1内部成云状况。led照射灯3设置在盖板12的底端，led照射灯3的灯口朝向前下方倾斜设置，进而使得led照射灯3产生的部分光束能够射入人眼，部分光束实现对成云云滴的照射。

led照射灯3上设置有led照射灯开关31，人手打开led照射灯开关31，可实现led照射灯3的启动。

密闭模拟筒1内还分别设置有压力检测机构8以及温度检测机构7。压力检测机构8用于在抽真空降压机构2运行时检测密闭模拟筒1内部压力状况。温度检测机构7用于在抽真空降压机构2运行时检测密闭模拟筒1内部温度状况。压力检测机构8和温度检测机构7的信号输出端分别连接有用于进行信号采集的信号采集器5，信号采集器5将采集信号传输至上位机进行显示。

温度检测机构7包括设置在密闭模拟筒1上方并插入到密闭模拟筒1内部的温度传感器71，伸出密闭模拟筒1的温度传感器71与密闭模拟筒1的顶端面之间设置有第一密封垫72，温度传感器71的信号输出端连接于信号采集器5的信号输入端。

压力检测机构8包括设置在密闭模拟筒1上方并插入到密闭模拟筒1内部的压力传感器81，伸出密闭模拟筒1的压力传感器81与密闭模拟筒1的顶端面之间设置有第二密封垫82，压力传感器81的信号输出端连接于信号采集器5的信号输入端。

密闭模拟筒1的外部设置有云雾检测机构4，云雾检测机构4用于通过激光照射的方式判断成云浓密，云雾检测机构4的信号输出端连接于信号采集器5的信号输入端。

云雾检测机构4包括激光发射器41以及光电探测器42。激光发射器41用于发射激光，激光发射器41的激光强度可以进行调节。光电探测器42与激光发射器41位置相对应，用于接收激光发射器41发射的激光，激光发射器41和光电探测器42分别位于密闭模拟筒1的左右两侧。

激光发射器41的底端连接设置有用于调节激光发射器41高度的第一高度可调支架43，光电探测器42的底端连接设置有用于调节光电探测器42高度的第二高度可调支架44。第一高度可调支架43上连接设置有螺纹调节筒45，激光发射器41的外壁上开设有与螺纹调节筒45相配装的外螺纹411，旋转激光发射器41，能够实现激光发射器41的左右位置的调整。

本实用新型的工作原理如下。

s1、打开密闭模拟筒1，向密闭模拟筒1内部喷射水滴。

s2、将盖板12下方的led照射灯3打开，再将盖板12盖设在筒体11上，保证密闭模拟筒1的气密性。启动激光发射器41、光电探测器42、信号采集器5和上位机。

s3、按下真空泵开关23，启动真空泵22，通过真空泵22实现对密闭模拟筒1内部的抽真空操作。在密闭模拟筒1内，随着气体体积膨胀压强降低，气体的温度也会降低。随着压降的产生，内部的水气会达到饱和，生成冷凝云团(即云)，来模拟冷凝云团上升的过程。

s4、在进行抽真空的操作过程中，温度传感器71实时地检测密闭模拟筒1内部的温度情况，并将温度信息反馈至信号采集器5，由信号采集器5将信号传输至上位机。同时，压力传感器81实时地检测密闭模拟筒1内部的压力情况，并将压力信息反馈至信号采集器5，由信号采集器5将信号传输至上位机。

s5、通过高亮的led照射灯3的照射，使得在成云时能够看出来，背景也是黑色的，产生的云滴反射光到人眼，就能直观看到云产生的过程。

s6、另外本实用新型还使用了激光探测的方法，激光发射器41发出激光，激光射入到产生冷凝云团的密闭模拟筒1内。成云后云滴对激光散射，导致激光光能减少，与激光发射器41相对应设置的光电探测器42接收到的信号减弱，根据光电探测器信号减弱的程度判断成云的浓密。同时，光电探测器42能够将接收到的激光信号转为电压信号，并将信号反馈至上位机，在上位机内进行显示。

本实用新型是演示大气中气团上升时经过膨胀冷却成云的过程，这是大气物理学中的基本原理和概念。通过设置的led照射灯3及云雾检测机构4，能够直观获得成云的过程和条件，对于气象部门、高校研究团体、中小学气象科普方面都有很大的用途。

此外，在进行模拟前，还可在密闭模拟筒1内部加入气溶胶，进而来观察气溶胶对成云状况的影响。