[實用新型]一種大氣云霧場顆粒探測與粒徑測量的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020333429.3
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN212410375U
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳迎春;金昱廷;吳學(xué)成;李晗;孫玉璽;高燚超;金其文;張宏宇;陳玲紅;岑可法
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01S17/95;G01S7/48;G01S7/481;G01S17/89
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭

本實用新型公開了一種大氣云霧場顆粒探測與粒徑測量的裝置：激光擴束平行系統(tǒng)，激光擴束平行系統(tǒng)產(chǎn)生平行光束照射顆粒探測區(qū)域，當(dāng)有顆粒存在時，顆粒產(chǎn)生顆粒散射光；顆粒探測與全息拍攝系統(tǒng)，包括數(shù)字相機，顆粒探測與全息拍攝系統(tǒng)用于判斷顆粒探測區(qū)域是否有顆粒存在，有顆粒存在時，顆粒散射光的一部分進入數(shù)字相機并在控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制下對所述顆粒探測區(qū)域記錄顆粒全息圖；控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括光電探測器，顆粒散射光的另一部分觸發(fā)光電探測器產(chǎn)生脈沖觸發(fā)信號；控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)利用光電探測器產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)信號控制數(shù)字相機拍攝顆粒全息圖，并進行重建和處理獲得顆粒粒徑大小。該裝置極大提高了顆粒采樣與測量效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及多相流顆粒測量，具體涉及一種用于風(fēng)力機大氣云霧場顆粒探測與粒徑測量的裝置。

背景技術(shù)

大氣云霧場與自然界和工業(yè)中的諸多領(lǐng)域都有著十分密切的聯(lián)系，自然界中如大氣環(huán)境氣象探測，工業(yè)中如風(fēng)力發(fā)電、飛行器飛行等。以風(fēng)力發(fā)電為例，風(fēng)場中的液滴顆粒對風(fēng)力機葉片結(jié)冰有重要的影響。比如某些高緯度高海拔地區(qū)溫度低，濕度大，風(fēng)力發(fā)電機組在這些地區(qū)很容易結(jié)冰，對其葉片的完整性造成了很大的影響，從而大大降低了機組的運行性能和發(fā)電效率。另外，結(jié)冰還會造成葉片負載不均衡從而對機組的運行安全性造成嚴重危害，減少了機組的使用壽命。所以風(fēng)力發(fā)電機結(jié)冰成為了風(fēng)電行業(yè)一個迫在眉睫的問題。

目前國內(nèi)外對結(jié)冰情況的監(jiān)測主要是通過判斷風(fēng)力發(fā)電機組的葉片轉(zhuǎn)速情況又或結(jié)合功率參數(shù)進行判斷的，比如公布號為CN 108223307A的實用新型專利，它便是通過測取當(dāng)前風(fēng)速和機組轉(zhuǎn)速并與預(yù)設(shè)風(fēng)速閾值和轉(zhuǎn)速閾值進行比較判斷風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰情況。這類技術(shù)的不足之處在于其無法在風(fēng)力發(fā)電機結(jié)冰前做出相應(yīng)的防控措施，只能等到轉(zhuǎn)速和功率下降時才能做出相應(yīng)的判斷。我們希望可以通過分析風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)冰的氣象原因進而在機組結(jié)冰前采取相應(yīng)措施，這樣便可以最大程度降低結(jié)冰對于風(fēng)力發(fā)電機機組的運行影響。

風(fēng)力機結(jié)冰主要是氣溫在冰點溫度以下，由冷凍的細雨、濕雪或結(jié)冰霧、云、霜等水汽凝結(jié)物沉積形成。概括地，可分為凍霧覆冰和降雨型結(jié)冰。其中，液態(tài)水含量和水滴中值體積直徑是結(jié)冰氣候條件的兩個重要參數(shù)。低空云、霧中的液態(tài)水含量一般小于0.3g/m3。水滴中值體積直徑是一個代表性的數(shù)值，該值將云霧中的小水滴分成數(shù)量相等的兩部分。對積云和層云，水滴中值體積直徑一般在10～50μ m之間；霧的水滴中值體積直徑一般是15～50μm。研究表明，地面常見結(jié)冰氣象條件的典型水滴中值體積直徑為25μm左右。這些不同的顆粒參數(shù)會對結(jié)冰情況產(chǎn)生直接的影響。對于不同結(jié)冰情況需要采取相應(yīng)的除冰措施，因此需要對風(fēng)力發(fā)電機區(qū)域的空氣顆粒粒徑大小以及數(shù)量和分布情況進行監(jiān)測分析，為后續(xù)風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)冰分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

而對于風(fēng)力機風(fēng)場此類稀疏顆粒場測量時，若采用數(shù)字相機自由曝光照相模式，采樣效率低下，不利于后期數(shù)據(jù)處理。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種大氣云霧顆粒粒徑全息實時測量的裝置；本實用新型提供的裝置極大提高了顆粒采樣與測量效率。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用的具體技術(shù)方案如下。

本實用新型提供了一種大氣云霧場顆粒探測與粒徑測量的裝置，所述裝置包括：

激光擴束平行系統(tǒng)，所述激光擴束平行系統(tǒng)產(chǎn)生平行光束照射顆粒探測區(qū)域，當(dāng)有顆粒存在時，顆粒產(chǎn)生顆粒散射光；

顆粒探測與全息拍攝系統(tǒng)，包括數(shù)字相機，所述顆粒探測與全息拍攝系統(tǒng)用于判斷顆粒探測區(qū)域是否有顆粒存在，有顆粒存在時，顆粒散射光的一部分進入數(shù)字相機并在控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的控制下對所述顆粒探測區(qū)域記錄顆粒全息圖；

控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括光電探測器，顆粒散射光的另一部分觸發(fā)光電探測器產(chǎn)生脈沖觸發(fā)信號；所述控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)利用光電探測器產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)信號控制數(shù)字相機拍攝顆粒全息圖，并進行重建和處理獲得顆粒粒徑大小。