[發(fā)明專利]一種大氣冰核核化的檢測裝置及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113030157A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪冰冰;薛姣
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14;G05D27/02
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;李艾華

本發(fā)明一種大氣冰核核化的檢測裝置及系統(tǒng)，包括：濕度控制部件、圖像采集部件、溫度控制部件和冷臺；冷臺包括上層冷臺蓋、下層冷臺蓋和腔體；上層冷臺蓋頂部設(shè)置有透明玻璃片；上層冷臺蓋和下層冷臺蓋之間形成空腔；腔體設(shè)置在下層冷臺蓋下方，且腔體內(nèi)設(shè)置有銅臺；承載樣品的疏水性硅片設(shè)置在銅臺頂部，下層冷臺蓋上開設(shè)有通氣孔以使空腔與疏水性硅片連通；濕度控制部件通過連接件與空腔相連接以進行濕度調(diào)節(jié)；銅臺內(nèi)開設(shè)有第一槽，溫度控制部件設(shè)置在第一槽內(nèi)以進行溫度調(diào)節(jié)；圖像采集部件設(shè)置在透明玻璃片上方，以透過透明玻璃片和通氣孔實時采集疏水性硅片的圖片。本發(fā)明能夠檢測大氣顆粒物作為冰核核化形成冰晶的溫度和相對濕度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣物理觀測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種大氣冰核核化的檢測裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

大氣冰核是指大氣中可以引起水蒸氣發(fā)生凝華或過冷水滴發(fā)生凍結(jié)而形成冰晶的顆粒物。氣溶膠顆粒物可以作為冰核參與過冷液滴的異質(zhì)核化過程，影響和改變云的微物理、壽命及降水效率等，從而影響地球系統(tǒng)的輻射平衡和能量收支，對全球氣候產(chǎn)生間接效應(yīng)。因此，測定大氣中冰核的核化條件可以提高對云微物理過程的認識，加深對氣溶膠的間接氣候效應(yīng)的理解，提高氣候預(yù)測模式的準(zhǔn)確性。

大氣中冰晶的形成方式分為均質(zhì)核化和異質(zhì)核化。均質(zhì)核化是指均勻的溶液或純水液滴直接凍結(jié)成冰，其發(fā)生溫度低于235K。異質(zhì)核化是受冰核觸發(fā)形成冰晶的過程，分為凝華凍結(jié)、凝結(jié)凍結(jié)、浸潤凍結(jié)和接觸凍結(jié)等方式。異質(zhì)核化發(fā)生的溫度更高，相對濕度更低，異質(zhì)核化會優(yōu)先于均質(zhì)核化發(fā)生。

目前，對冰核的測量儀器分為在線測量和離線測量兩種。在線測量技術(shù)主要是直接將大氣氣溶膠引入云室中測定，包括不同類型的云室法和流動管法。但這些云室和流動管的體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，不能觀察在連續(xù)降溫條件下顆粒物的核化模式并且工作溫度范圍窄。離線測量技術(shù)是將采集的顆粒物或洗脫形成的懸浮液盛放在基板上置于冷臺上進行測量，包括各類冷臺法。冷臺法裝置構(gòu)造簡單、操作方便，是測量各類型冰核測量的較常用分析手段。目前的冷臺裝置仍然存在以下不足：1)冷臺法主要集中在浸潤凍結(jié)模式下的測量，多數(shù)無法實現(xiàn)較低溫的凝華凍結(jié)模式下的冰核測定；2)缺乏對凝華凍結(jié)和浸潤凍結(jié)模式下同時精準(zhǔn)控制溫度和相對濕度的裝置；3)測量溫度范圍窄，一般高于235K。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種大氣冰核核化的檢測裝置及系統(tǒng)，能夠檢測出大氣顆粒物作為冰核進行異質(zhì)核化形成冰晶的溫度和相對濕度，區(qū)分凝華凍結(jié)和浸潤凍結(jié)的核化方式。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一方面，一種大氣冰核核化的檢測裝置，包括：濕度控制部件、圖像采集部件、溫度控制部件和冷臺；所述冷臺包括上層冷臺蓋、下層冷臺蓋和腔體；所述上層冷臺蓋頂部設(shè)置有透明玻璃片；所述上層冷臺蓋和下層冷臺蓋之間形成空腔；所述腔體設(shè)置在所述下層冷臺蓋下方，且所述腔體內(nèi)設(shè)置有銅臺；承載顆粒物樣品的疏水性硅片設(shè)置在所述銅臺頂部，所述下層冷臺蓋上開設(shè)有通氣孔以使所述空腔與所述疏水性硅片連通；所述濕度控制部件通過連接件與所述空腔相連接以進行濕度調(diào)節(jié)；所述銅臺內(nèi)開設(shè)有第一槽，所述溫度控制部件設(shè)置在所述第一槽內(nèi)以進行溫度調(diào)節(jié)；所述圖像采集部件設(shè)置在所述透明玻璃片上方，以透過所述透明玻璃片和所述通氣孔實時采集所述疏水性硅片的圖片。

優(yōu)選的，所述濕度控制部件包括第一高純氮氣瓶、第二高純氮氣瓶、第一質(zhì)量流量計、第二質(zhì)量流量計、儲水瓶、低溫恒溫槽、氮氣混氣瓶和露點儀；所述第一高純氮氣瓶、所述第一質(zhì)量流量計、所述儲水瓶和所述氮氣混氣瓶依次相連接以將加濕后的氮氣輸入所述氮氣混氣瓶，所述儲水瓶設(shè)置在所述低溫恒溫槽內(nèi)；所述第二高純氮氣瓶、所述第二質(zhì)量流量計和所述氮氣混氣瓶依次相連接以向所述氮氣混氣瓶中輸入干氮氣；所述氮氣混氣瓶的輸出連接至所述空腔；所述空腔還通過連接件與所述露點儀相連接以檢測所述空腔內(nèi)的濕度。

優(yōu)選的，所述圖像采集部件包括相連接的CCD工業(yè)相機和顯微鏡鏡頭；所述顯微鏡鏡頭對準(zhǔn)所述透明玻璃片。