一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统技术方案

一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统，包括：飞秒激光器、透镜、罐体、深冷及净化组件、温控系统、光束收集装置；所述的罐体是304不锈钢做成的双层腔体，罐体顶部和底部正中心分别设有深冷出风口和深冷进风口，罐体顶部的侧方依次设有催化剂投入口，顶部观察口以及传感器存放口；罐体侧面设有气溶胶进入口，激光入射口，冷冻液入口，气溶胶出口，冷冻液出口，激光出射口，激光探测窗口以及机械手入口。本发明专利技术功能齐全，操作简单方便，实验成本低，不仅能够同时实现催化剂、气溶胶等不同环境氛围水凝结模拟实验，更能真实模拟大自然降雨现象。

A multifunctional laser induced water condensation simulation of natural rainfall system

The utility model relates to a multifunctional laser-induced water condensation simulation system for natural rainfall, which comprises a femtosecond laser, a lens, a tank, a cryogenic and purifying assembly, a temperature control system and a beam collecting device; the tank body is a double-layer cavity made of 304 stainless steel, and the top and bottom of the tank body are respectively provided with a cryogenic air outlet and a cryogenic air inlet. A catalyst input port, a top observation port and a sensor storage port are arranged at the top side of the tank, and an aerosol inlet, a laser incidence port, a refrigerant inlet, an aerosol outlet, a refrigerant outlet, a laser exit, a laser detection window and a manipulator inlet are arranged at the side of the tank. The invention has the advantages of complete functions, simple and convenient operation and low experimental cost, and can not only realize the simulation experiment of condensation of water in different environmental atmospheres such as catalyst, aerosol, etc., but also simulate the natural rainfall phenomenon more truly.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统
本专利技术涉及激光诱导水凝结，特别是一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统。
技术介绍
近年来，随着锁模和啁啾脉冲放大(CPA)等激光技术的发展，超强超短激光脉冲的出现，导致了超强超短激光脉冲在介质中传播形成了长距离的电离通道，这种电离通道起源于光克尔效应产生的自聚焦和等离子体形成的散焦效应的一个动态平衡，它能够产生超连续白光，形成锥形辐射以及钳制光强等特性，基于这些独特的性质，使其在激光引雷，远程探测，人工降雨等方面有重要的价值，其中激光诱导水凝结方面更是表现出巨大的潜在应用。因此，开展相关的基础研究和应用探索研究具有十分重要的意义。目前，国内外关于激光诱导水凝结在外场和实验室中的相关研究已经有不少成果[参见文献1：J.Kasparian,M.Rodriguez,G.Méjean,J.Yu,E.Salmon,H.Wille,R.Bourayou,S.Frey,Y.-B.André,A.Mysyrowicz,R.Sauerbrey,J.-P.Wolf,andL.“White-lightfilamentsforatmosphericanalysis,”Science301(5629),61–64(2003)；2：P.Rohwetter,J.Kasparian,K.Stelmaszczyk,Z.Hao,S.Henin,N.Lascoux,W.M.Nakaema,Y.Petit,M.Queiβer,R.Salamé,E.Salmon,L.andJ.-P.Wolf,“Laser-inducedwatercondensationinair,”Nat.Photonics4(7),451–456,2010；3：S.Henin,Y.Petit,P.Rohwetter,K.Stelmaszczyk,Z.Q.Hao,W.M.Nakaema,A.Vogel,T.Pohl,F.Schneider,J.Kasparian,K.Weber,L.andJ.-P.Wolf,“Fieldmeasurementssuggestthemechanismoflaser-assistedwatercondensation,”Nat.Commun.2,456,2011；4：YonghongLiu,HaiyiSun,JianshengLiu,HongLiang,JingjingJu,TiejunWang,YeTian,ChengWang,YiLiu,SeeLeangChinandRuxinLi,Laser-filamentation-inducedwatercondensationandsnowformationinacloudchamberfilledwithdifferentambientgases,Opt.Express,2016,24(7):7364-7373]。对于外场实验，由于外场实验导致环境条件的不确定性，实验成本昂贵以及激光能量低等因素的局限，使得激光诱导水凝结在外场实验存在重复率低，实验难度大等难点；而对于激光诱导水凝结在普通云雾室中的研究，由于云雾室尺寸大小以及云雾室内环境条件单一等因素，使得目前云雾室实验无法大范围模拟真实大气中自然界环境下雨的情形。鉴于这些原因，我们设计提出了一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统。
技术实现思路
本专利技术提出一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统，该核心罐体采用304不锈钢材料做成的双层圆柱形封闭体，这种系统功能齐全，操作简单方便，实验成本低，不仅能够同时实现催化剂、气溶胶等不同环境氛围水凝结模拟实验，更能真实模拟大自然降雨现象。本专利技术的技术解决方案如下：一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统，其特点在于，包括：飞秒激光器、透镜、罐体、深冷及净化组件、温控系统、光束收集装置；在所述的罐体的顶部正中心设有深冷出风口，在所述的罐体的底部正中心设有深冷进风管，所述的深冷出风口通过管道经所述的深冷及净化组件与所述的深冷进风管相连；在所述的罐体的一侧由上至下依次设有气溶胶进入口、激光入射口和冷冻液入口，在所述的罐体的另一侧由上至下依次设有气溶胶出口、激光出射口和机械手入口，其中所述的激光入射口中心和激光出射口的中心在一条直线上，该直线的水平垂直方向对应的所述罐体的一侧面还设有激光探测窗口，该直线的竖直垂直方向对应的所述罐体的顶部设有顶部观察口，在罐体的顶部还设有催化剂投入口和传感器存放口，在罐体的侧面气溶胶出口的上方还设有冷冻液出口，该冷冻液出口通过管道经所述温控系统与所述冷冻液入口相连；沿所述的飞秒激光器输出的激光光束方向依次是所述的透镜、激光入射口、激光出射口和光束收集装置，所述的飞秒激光器发射的激光光束，经过所述的透镜聚焦在所述的罐体顶部观察口下正中央处形成等离子体通道。所述的罐体是由304不锈钢材料做成的双层圆柱形封闭体，通过所述的深冷及净化组件控制深冷进风口和深冷出风口中的风速，从而能够快速调节所述罐体上下环境中的温差和清洁度，通过所述的温控系统调整经过冷冻液入口和冷冻液出口注入所述罐体夹层中的的冷冻液量，从而调节罐体中的环境温度，通过催化剂投入口控制所述罐体中环境氛围的凝结核浓度，通过所述的罐体上设有的气溶胶进入口、气溶胶出口能够实现改变罐体中环境氛围成分，通过所述传感器存放口中的传感器，全程实时测试所述罐体中的温、湿度，通过所述顶部观察口能够观察实验过程中等离子体通道诱导形成的实验现象，通过所述激光探测窗口探测等离子体与所述罐体环境氛围中相互作用性质，通过所述机械手入口收集实验过程中激光诱导水凝结量并且通过所述机械手入口清洗所述罐体内部环境。所述的深冷进风管的末端设有排污口。所述的机械入手口是通过304不锈钢材料制成的圆盘密封。所述的顶部观察窗口、激光入射窗口、激光出射窗口和激光探测窗口均通过石英玻璃密封。与现有技术相比，本专利技术具有如下的显著特点：1、本专利技术所述的罐体是采用304不锈钢材料做成的双层圆柱形封闭体，这种腔体空间范围较大，能够比较真实有效地模拟大自然中降雨的情形；2、本专利技术通过深冷及净化组件控制罐体上设有的深冷进风管和深冷出风口中的风速，以及通过温控系统控制罐体上设有的双层夹层中充满的冷冻液量，能够快速的改变罐体中的环境温度，能够实现罐体内最低温度降到-50℃，罐体上设有的温湿度传感器可以实时、全程连续、自动的测试罐体内的温、湿度。3、本专利技术系统所述的罐体设有的催化剂投放口，能够实现改变罐体中环境氛围的凝结核浓度，罐体设有的气溶胶进入口和气溶胶出口能够改变罐体环境氛围的成分。附图说明图1为本专利技术一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统的结构图；图2为罐体运行过程中的设备布局图；具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，但不应因此限制本专利技术的保护范围。参阅图1，图1为本专利技术一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统的结构立体图,如图所示，一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统，包括：飞秒激光器1、透镜2、罐体3、深冷及净化组件4、温控系统5和光束收集装置6；所述的罐体3是由304不锈钢材料做成的双层圆柱形封闭体，在所述的罐体3的顶部正中心设有深冷出风口7，在所述的罐体3的底部正中心设有深冷进风管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统，其特征在于，包括：飞秒激光器(1)、透镜(2)、罐体(3)、深冷及净化组件(4)、温控系统(5)、光束收集装置(6)；在所述的罐体(3)的顶部正中心设有深冷出风口(7)，在所述的罐体(3)的底部正中心设有深冷进风管(8)，所述的深冷出风口(7)通过管道经所述的深冷及净化组件(4)与所述的深冷进风管(8)相连；在所述的罐体(3)的一侧由上至下依次设有气溶胶进入口(12)、激光入射口(13)和冷冻液入口(14)，在所述的罐体(3)的另一侧由上至下依次设有气溶胶出口(15)、激光出射口(17)和机械手入口(18)，其中所述的激光入射口(13)中心和激光出射口(17)的中心在一条直线上，该直线的水平垂直方向对应的所述罐体(3)的一侧面还设有激光探测窗口(19)，该直线的竖直垂直方向对应的所述罐体(3)的顶部设有顶部观察口(10)，在罐体(3)的顶部还设有催化剂投入口(9)和传感器存放口(11)，在罐体(3)的侧面气溶胶出口(15)的上方还设有冷冻液出口(16)，该冷冻液出口(16)通过管道经所述温控系统(5)与所述冷冻液入口(14)相连；沿所述的飞秒激光器(1)输出的激光光束方向依次是所述的透镜(2)、激光入射口(13)、激光出射口(17)和光束收集装置(6)，所述的飞秒激光器(1)发射的激光光束，经过所述的透镜(2)聚焦在所述的罐体(3)顶部观察口(10)下正中央处形成等离子体通道。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统，其特征在于，包括：飞秒激光器(1)、透镜(2)、罐体(3)、深冷及净化组件(4)、温控系统(5)、光束收集装置(6)；在所述的罐体(3)的顶部正中心设有深冷出风口(7)，在所述的罐体(3)的底部正中心设有深冷进风管(8)，所述的深冷出风口(7)通过管道经所述的深冷及净化组件(4)与所述的深冷进风管(8)相连；在所述的罐体(3)的一侧由上至下依次设有气溶胶进入口(12)、激光入射口(13)和冷冻液入口(14)，在所述的罐体(3)的另一侧由上至下依次设有气溶胶出口(15)、激光出射口(17)和机械手入口(18)，其中所述的激光入射口(13)中心和激光出射口(17)的中心在一条直线上，该直线的水平垂直方向对应的所述罐体(3)的一侧面还设有激光探测窗口(19)，该直线的竖直垂直方向对应的所述罐体(3)的顶部设有顶部观察口(10)，在罐体(3)的顶部还设有催化剂投入口(9)和传感器存放口(11)，在罐体(3)的侧面气溶胶出口(15)的上方还设有冷冻液出口(16)，该冷冻液出口(16)通过管道经所述温控系统(5)与所述冷冻液入口(14)相连；沿所述的飞秒激光器(1)输出的激光光束方向依次是所述的透镜(2)、激光入射口(13)、激光出射口(17)和光束收集装置(6)，所述的飞秒激光器(1)发射的激光光束，经过所述的透镜(2)聚焦在所述的罐体(3)顶部观察口(10)下正中央处形成等离子体通道。2.根据权利要求1所述的多功能激光诱导水凝结模拟大自然降雨系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永宏，刘建胜，孙海轶，冷雨欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31