[实用新型]前向散射云滴粒子探测器的标定装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及仪器的标定装置，尤其是涉及一种机载云粒子测量系统中前向散射云滴粒子探测器的标定装置。

背景技术

随着气象科学研究的不断深入与发展，气象观测能力和技术手段取得了巨大的进步。然而，对于云、气溶胶等粒子的微物理观测，最为有效的方法是基于激光技术的直接测量仪器，其中激光粒子计数器是一种测量大气中各种粒子粒径及其分布的专用仪器，在环境监测、空气洁净净化和大气科学研究等领域应用日益广泛。上世纪70年代以来，美国研制了一套自动化的机载云粒子测量系统(PMS)，目前该套仪器在自动化测量和探测精度的方面均有了很大的提高。我国虽然是人工影响天气的大国，但不是强国，目前机载云滴粒子探测主要是从美国进口。该测量系统包括四个大气粒子采样探头分别覆盖不同的测量范围，该系统的总测量范围为0.1-6200μm。前向散射云滴粒子探测器(FSSP)是PMS云滴粒子测量系统的四个探头之一，其进行云滴粒子测量的尺寸范围为4-50μm。FSSP使用固体激光器作为激光照明光源，当云中水滴、冰晶粒子穿过照明光束时，将光向4π方向散射，系统接收4-13°方向的前向散射光。收集的光能量按一定比例被送到质量控制通道和测量通道，质量控制用于确定粒子是否从设定的区域通过，测量通道则根据光电探测器输出电信号的光脉冲幅度判断粒子尺寸大小，处理电路同时具有光脉冲计数功能，因此，该系统可以测量粒子的粒径分布。但FSSP作为一种精密仪器，测量结果经常受到外界的影响。首先FSSP是基于激光的光学仪器，本身对准精度要求高；其次，飞机在起飞或者着陆时，加速度或者颠簸会使系统的光学部件产生一定的形变，当这种形变不能完全恢复时，会影响光路；再次，FSSP工作在云层中，难免玻璃窗口上结冰或者凝露，窗口污染导致激光的透过率降低，使测量的数值比实际值偏小。因此，为保证FSSP测量的准确性，需要经常对系统进行标定。

目前该仪器在出厂时由厂家进行标定，仪器的日常标定则使用厂家提供的标准粒子进行，这种标准粒子实际上是特殊加工的具有固定尺寸的玻璃球，日常标定时，标定者首先使FSSP进入工作状态，然后使用吸耳球将厂家提供的具有一定尺寸的标准粒子吸入，最后将吸耳出气嘴对准FSSP的测量区域并将标准粒子喷出。标准粒子喷出后，查看仪器对粒子尺寸的输出结果与实际尺寸是否相符，如果相符，该仪器可以观测使用，如果不同，则需要根据实际情况对仪器进行微调。这种标定方法存在以下几个方面的问题：首先，这种特殊加工的具有固定尺寸的玻璃球由于加工困难，造价十分昂贵；其次，即便是如此昂贵的玻璃球，也很难保证每个玻璃球为标准球形和尺寸大小与标称相符，若玻璃球呈非球形，则会与FSSP的设计原理相悖，尺寸大小若与标称不同，同样会带来误差；再次，利用玻璃球进行标定时，玻璃球由吸耳球喷出，显然，玻璃球的速度与实际测量过程中粒子速度相比差别很大，这个差别导致接收系统的光电信号时域特性不同，电信号在甄别之前要进行放大，时域宽度不同导致放大器对信号的放大能力不同，产生速度引起的误差。最后，由于玻璃球粒子本身的差异，以及吸耳球操作过程中的差异，标定过程的重复性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种成本低廉、使用简单并具有较高精度的前向散射云滴粒子探测器的标定方法及装置。

本实用新型的思路是根据前向散射云滴粒子探测器对粒子Mie散射与小孔光阑夫琅和费响应的相似性，利用小孔光阑代替目前使用的玻璃球来进行标定；本实用新型具体技术方案如下：

一种前向散射云滴粒子探测器的标定方法，其特征在于：使用一组孔径范围在5-50μm的小孔光阑模拟云滴粒子进行标定，具体为：

首先在前向散射云滴粒子探测器正常的情况下使小孔光阑按照不同的速度通过散射云滴粒子探测器的探测区域，得到散射云滴粒子探测器输出的各速度下不同孔径光阑的测量值，根据测量值得到标准标定曲线；

日常标定时，使小孔光阑按照不同的速度通过散射云滴粒子探测器的探测区域，将散射云滴粒子探测器输出的测量值与标准标定曲线进行比较，如未超出预先设定的偏差，则说明前向散射云滴粒子探测器处于正常状态，可进行正常量测使用；如超出预先设定的偏差，则调整前向散射云滴粒子探测器的光学部分，直到其输出与标准标定曲线吻合。

上述技术方案中的小孔光阑可以在5-50μm范围内选择多个不同的尺寸，本实用新型选用孔径分别为5μm，10μm，20μm、30μm、40μm、50μm的6个小孔光阑，采用成熟的激光打孔技术可以十分精确的将孔径控制在极小的误差范围内。