一種可定點監測的探空氣球的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可定點監測的探空氣球，包括充有氫氣和氦氣的氣囊，還包括充氣放氣組件、側向推力組件和動力補償組件、高度傳感器和控制器，控制器內集成有GPS定位模塊，控制器分別與高度傳感器、充氣放氣組件和動力補償組件連接。與現有技術相比，本發明的有益效果是：克服了探空氣球在升空過程中，球內壓力越來越大，容易炸裂的缺陷，在探空氣球回收過程中，為探空氣球提供補償動力，防止墜毀，另外，高度傳感器可以輔助控制探空氣球所在的高度，GPS定位模塊可以精確定位探空氣球。
【專利說明】
一種可定點監測的探空氣球
技術領域
[0001]本發明屬于氣象設備領域，涉及一種可定點監測的探空氣球。
【背景技術】
[0002]高空氣象探測是通過探空氣球攜帶的探空儀進行高空氣象數據采集，探空氣球通過采用氫氣或者氦氣作為填充氣體；
中國除香港一個氣象臺站外(進口芬蘭vaisala公司AUT0S0NDE系統)，所有的高空氣象探測側臺站，探空氣球的充氣，均為手工操作。世界上也只有歐美等少數幾個發達國家配備了無人高空氣象探測站。到目前為止，能研制出大氣探測自動充、放氣球裝置的國家只有芬蘭。要實現無人高空氣象探測，首先要解決的不僅是探空氣球自動充氣，同時還有探空氣球的自動恒壓排氣；
探空氣球是人類研究平流層的重要工具，在氣象學發展和天氣預報工作中起到了重要作用;探空氣球一般攜帶各類無線電探空儀或其他電子設備升空，在做到探空氣球自動充氣的同時，也要做到探空氣球的自動排氣限高和限速；
因為在大氣環境中，特別是高空，其氣壓大小和氣流是及其不穩定的，探空氣球內的氣體壓力也比較高，加上探空氣球本身充氣后，氣囊壁面會比較薄，如果氣球在一直上升過程中，不對氣球內氣壓進行調整的話，很容易因為氣壓變化過大而發生破裂，導致探空儀等貴重電子設備的損壞，甚至會發生無法回收的情況，同時探空氣球在釋放到空中后，如果通過調整氣壓對探空氣球的浮力進行調整，會發生探空氣球一直上升的情況，如果不加以控制，很難保證氣球位于最佳的觀測高度，同時如果氣球一直上升，最后不僅會導致探空氣球的破裂，同時因為高空氣流速度較快，也很容易發生探空氣球的丟失;為了防止上述情況的發生，一般會在探空氣球內安裝一個與電子高度計聯動的泄壓閥，對氣球的壓力進行控制；ZL201220732719.0中提到了一種可回收的探空氣球，其回收防止主要是通過細繩控制其活動范圍，雖然通過細繩可以良好的限制探空氣球的高度，但也極大的限制了探空氣球的活動空間，而且細繩本身比較容易發生斷裂或者纏繞，很容易發生探空氣球以及相關電子設備的丟失；
ZL200920044465.1中提出了一套探空氣球自動回收、自動充氣、自動放空的裝置，雖然其相比于先前專利文獻中的探空氣球取消了細繩這個部件，放大了探空氣球的活動空間，同時通過一些氣球的氣壓和導向驅動設備和傳感器的配合提高了對探空氣球的控制能力，但是電子設備本身質量比較大，會給探空氣球的負載能力帶來一定的考驗，同時高空的氣溫比較低，很難保證這些傳感器能否正常工作，一旦傳感器發生失靈，還是會導致探空氣球的失控、丟失或丟失，給觀測站帶來一定的維護負擔。
[0003]現有的探空氣球多數只考慮了上升到一定高度后，球內氣壓過高，需要放氣，但是卻沒有考慮回收時，球內的氣壓過低，容易墜落。
【發明內容】
[0004]本發明需要解決的問題是針對上述現有技術的沒有考慮放氣后回收易墜落的不足，而提供一種可以自動放氣，且放氣后回收時不會墜落的探空氣球。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
一種可定點監測的探空氣球，包括充有氫氣和氦氣的氣囊，還包括充氣放氣組件、側向推力組件和動力補償組件、高度傳感器和控制器，控制器內集成有GPS定位模塊，控制器分別與高度傳感器、充氣放氣組件和動力補償組件連接；
充氣放氣組件包括充放氣口、電磁閥、內置壓力傳感器、外置壓力傳感器，電磁閥、內置壓力傳感器和外置壓力傳感器均與控制器連接，充放氣口設于氣囊上，充放氣口上設有電磁閥，內置壓力傳感器設于氣囊內，外置壓力傳感器設于氣囊外；
動力補償組件包括電動機和螺旋翼，電動機通過安裝架固定在氣囊的下方，螺旋翼安裝在電動機的驅動軸上，電動機與控制器連接；
側向推力組件包括，設置在安裝架側面的螺旋槳，螺旋槳的轉軸與氣囊的縱軸垂直，螺旋槳的數量為4個，均布在安裝架的四周，螺旋槳通過電動機提供動力，
所述的控制器，用于接收內置壓力傳感器和外置壓力傳感器傳送的壓力信號和高度傳感器反饋的高度信號，并根據內外壓差的變化和高度信號控制電磁閥或電動機的打開或關閉。
[0006]氣囊上覆蓋有防護網。
[0007]氣囊上設有太陽能電池板和蓄電池，太陽能電池板將太陽能轉化成電能，并儲存于蓄電池中，再由蓄電池為電動機、控制器和電磁閥供電。
[0008]螺旋翼由鈦合金材料制成。
[0009]螺旋翼的直徑小于等于氣囊的直徑。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1、克服了探空氣球在升空過程中，球內壓力越來越大，容易炸裂的缺陷，通過控制器、電磁閥、內置壓力傳感器和外置壓力傳感器之間相互配合，實現自動排壓，能夠有效避免氣囊因內部氣壓過大而導致破裂。
[0011]2、在探空氣球回收過程中，由于放氣，浮力逐漸減小，再加上氣象數據測量裝置的負重，下降的速度會越來越快，存在墜落的危險，內置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號傳送給控制器，內外壓差低于預設值時，控制器打開電動機，電動機驅動螺旋翼為探空氣球提供補償動力，防止墜毀。
[0012]3、高度傳感器可以輔助控制探空氣球所在的高度，利于數據的精確采集；
4、GPS定位模塊將檢測到位置信號反饋給控制器，當探空氣球偏離預設目的位置時，電動機驅動相應側的螺旋槳轉動，將探空氣球推至預設目的位置；
5、在回收探空氣球時GPS定位模塊和側向推力組件相互配合，可以將探空氣球移至指定位置附近，方便回收。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的探空氣球的結構示意圖；
其中，1_氣囊，2-充放氣口，3_電磁閥，4_內置壓力傳感器，5-外置壓力傳感器，6-電動機，7-螺旋翼，8-高度傳感器，9-側向推力組件。
【具體實施方式】
[0014]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0015]如圖1所示，一種可定點監測的探空氣球，包括充有氫氣和氦氣的氣囊，還包括充氣放氣組件、側向推力組件和動力補償組件、高度傳感器和控制器，控制器內集成有GPS定位模塊，控制器分別與高度傳感器、充氣放氣組件和動力補償組件連接；
充氣放氣組件包括充放氣口、電磁閥、內置壓力傳感器、外置壓力傳感器，電磁閥、內置壓力傳感器和外置壓力傳感器均與控制器連接，充放氣口設于氣囊上，充放氣口上設有電磁閥，內置壓力傳感器設于氣囊內，外置壓力傳感器設于氣囊外；
動力補償組件包括電動機和螺旋翼，電動機通過安裝架固定在氣囊的下方，螺旋翼安裝在電動機的驅動軸上，電動機與控制器連接；
側向推力組件包括，設置在安裝架側面的螺旋槳，螺旋槳的轉軸與氣囊的縱軸垂直，螺旋槳的數量為4個，均布在安裝架的四周，螺旋槳通過電動機提供動力，
所述的控制器，用于接收內置壓力傳感器和外置壓力傳感器傳送的壓力信號和高度傳感器反饋的高度信號，并根據內外壓差的變化和高度信號控制電磁閥或電動機的打開或關閉；
使用時包括以下步驟:
一、組裝探空氣球；
二、打開電磁閥，對氣囊充氣，充氣完成后關閉電磁閥；
三、探空氣球升空時，內置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號傳送給控制器，內外壓差超過預設值時，控制器打開電磁閥，進行自動排壓，內外壓差到預設值時，控制器關閉電磁閥；
四、探空氣球升空過程中，高度傳感器將檢測到的探空氣球的高度信號反饋給控制器，控制器根據預設的高度值打開電磁閥，進行放氣，使探空氣球停留在該高度，不再上升，
五、GPS定位模塊將檢測到位置信號反饋給控制器，當探空氣球偏離預設目的位置時，電動機驅動相應側的螺旋槳轉動，將探空氣球推至預設目的位置；
六、探空氣球回收時，打開電磁閥進行放氣，內置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號傳送給控制器，內外壓差低于預設值時，控制器打開電動機，電動機驅動螺旋翼為探空氣球提供補償動力，
七、通過GPS定位模塊提供的探空氣球的精確位置找回探空氣球。
[0016]氣囊上覆蓋有防護網。
[0017]氣囊上設有太陽能電池板和蓄電池，太陽能電池板將太陽能轉化成電能，并儲存于蓄電池中，再由蓄電池為電動機、控制器和電磁閥供電。
[0018]螺旋翼由鈦合金材料制成。
[0019]螺旋翼的直徑小于等于氣囊的直徑。
[0020]使用時:
探空氣球在升空過程中，球內壓力越來越大，容易炸裂的缺陷，內置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號傳送給控制器，內外壓差超過預設值時，控制器打開電磁閥，實現自動排壓，內外壓差到預設值時，控制器關閉電磁閥，能夠有效避免氣囊因內部氣壓過大而導致破裂。
[0021]探空氣球升空過程中，高度傳感器將檢測到的探空氣球的高度信號反饋給控制器，控制器根據預設的高度值打開電磁閥，進行放氣，使探空氣球停留在該高度，不再上升。
[0022]高空中風很大，探空氣球在上升過程中很容易被吹離目的位置，偏離后無法檢測目的位置的氣象數據，GPS定位模塊將檢測到位置信號反饋給控制器，當探空氣球偏離預設目的位置時，電動機驅動相應側的螺旋槳轉動，將探空氣球推至預設目的位置，在回收探空氣球時GPS定位模塊和側向推力組件相互配合，可以將探空氣球移至指定位置附近，方便回收。
[0023]探空氣球在回收過程中，由于放氣，浮力逐漸減小，再加上氣象數據測量裝置的負重，所以在下降的過程中，下降的速度會越來越快，存在墜落的危險，內置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號傳送給控制器，內外壓差低于預設值時，控制器打開電動機，電動機驅動螺旋翼為探空氣球提供補償動力，防止墜毀。
[0024]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【主權項】
1.一種可定點監測的探空氣球，包括充有氫氣和氦氣的氣囊，其特征在于:還包括充氣放氣組件、側向推力組件和動力補償組件、高度傳感器和控制器，控制器內集成有GPS定位模塊，控制器分別與高度傳感器、充氣放氣組件和動力補償組件連接； 充氣放氣組件包括充放氣口、電磁閥、內置壓力傳感器、外置壓力傳感器，電磁閥、內置壓力傳感器和外置壓力傳感器均與控制器連接，充放氣口設于氣囊上，充放氣口上設有電磁閥，內置壓力傳感器設于氣囊內，外置壓力傳感器設于氣囊外； 動力補償組件包括電動機和螺旋翼，電動機通過安裝架固定在氣囊的下方，螺旋翼安裝在電動機的驅動軸上，電動機與控制器連接； 側向推力組件包括，設置在安裝架側面的螺旋槳，螺旋槳的轉軸與氣囊的縱軸垂直，螺旋槳的數量為4個，均布在安裝架的四周，螺旋槳通過電動機提供動力， 所述的控制器，用于接收內置壓力傳感器和外置壓力傳感器傳送的壓力信號和高度傳感器反饋的高度信號，并根據內外壓差的變化和高度信號控制電磁閥或電動機的打開或關閉。2.根據權利要求1所述的可定點監測的探空氣球，其特征在于:氣囊上覆蓋有防護網。3.根據權利要求1所述的可定點監測的探空氣球，其特征在于:氣囊上設有太陽能電池板和蓄電池，太陽能電池板將太陽能轉化成電能，并儲存于蓄電池中，再由蓄電池為電動機、控制器和電磁閥供電。4.根據權利要求1所述的可定點監測的探空氣球，其特征在于:螺旋翼由鈦合金材料制成。5.根據權利要求1所述的可定點監測的探空氣球，其特征在于:螺旋翼的直徑小于等于氣囊的直徑。
【文檔編號】B64B1/62GK106081047SQ201610601423
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610601423.8, CN 106081047 A, CN 106081047A, CN 201610601423, CN-A-106081047, CN106081047 A, CN106081047A, CN201610601423, CN201610601423.8
【發明人】禹勝林
【申請人】無錫信大氣象傳感網科技有限公司