CN108957592B - 一种高度可控的高空气象探测系统及其工作过程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气象探测领域的高度可控的高空气象探测系统及其工作过程，包括动力球、平飘球、探空仪和高度控制装置，动力球与平飘球通过高度控制装置连接，探空仪安装于平飘球上。本发明通过动力球带动平飘球上升，在平飘球达到指定高度时，高度控制装置使平飘球与动力球分离，从而使得平飘球在指定高度平飘并通过探空仪进行气象探测。实现指定高度区域温度、压力、湿度和风等气象要素的探测，对气象学发展和天气预报工作起到了重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及气象探测领域，具体涉及一种高度可控的高空气象探测系统及其工作过程。
背景技术
利用探空气象气球把无线电探空仪携带至高空，进行温度、压力、湿度和风等气象要素的探测是人类研究平流层的重要手段之一，在气象学发展和天气预报工作中起到了重要作用。
为了得到某一区域更多的气象要素，需要使探空气球在某空间区域进行平漂。想实现探空气球在制定空间区域进行平飘，则需要对探空气象气球的施放高度进行精准控制。目前，探空气球施放过程中对于高度的控制手段主要是采用不同规格的气球进行控制。但是气球的性能无法做到完全相同，其高度难以进行精准控制。
发明内容
本发明目的在提供于一种高度可控的高空气象探测系统，以解决现有技术中存在的技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种高度可控的高空气象探测系统，包括动力球、平飘球、探空仪和高度控制装置，动力球与平飘球通过高度控制装置连接，探空仪安装于平飘球上。
优选地，高度控制装置包括用于连接动力球与平飘球的连接线以及使连接线断开的切割器。
优选地，切割器包括定位模块、控制模块、电源模块以及熔断丝，定位模块用于定位平飘球的高度并向控制模块发送高度数据，控制模块用于根据高度数据决定是否接通电源模块，熔断丝与电源模块连接以在电源模块接通时对连接线进行熔断。
优选地，连接线为尼龙绳。
优选地，定位模块为北斗定位模块。
优选地，切割器外部包裹有保温盒。
上述任一高度可控的高空气象探测系统的工作过程如下：
为动力球和平飘球充满气体，气体为氮气或者氦气，并在高度控制系统中设置平飘球的工作高度；
释放动力球，动力球带动平飘球上升，高度控制系统实时获取平飘球的高度信息，当实时高度大于等于设置的工作高度时，高度控制系统切断动力球与平飘球的连接，动力球继续上升，平飘球在设置的工作高度平飘并通过探空仪实现气象要素的探测。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过动力球带动平飘球上升，在平飘球达到指定高度时，高度控制装置使平飘球与动力球分离，从而使得平飘球在指定高度平飘并通过探空仪进行气象探测。实现指定高度区域温度、压力、湿度和风等气象要素的探测，对气象学发展和天气预报工作起到了重要作用。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的一种高度可控的高空气象探测系统结构示意图。
图2是本发明优选实施例的切割器系统结构图。
其中，1、动力球；2、高度控制装置；21、连接线；22、切割器；221、定位模块；222、控制模块；223、电源模块；224、熔断丝；3、平飘球；4、探空仪；5、保温盒。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
为实现上述目的，本发明提供了一种高度可控的高空气象探测系统，包括动力球1、平飘球3、探空仪4和高度控制装置2，动力球1与平飘球3通过高度控制装置2连接，探空仪4安装于平飘球3上。
将已经充好氢气或者氮气的动力球1和平飘球3按照图1的方式进行组装。上球为动力球1，用来驱动整个系统上升的动力。下球为平飘球3，用于保持在一定高度的空中平飘一定时间。探空仪4用来采集气象要素。高度控制装置2可以预先设定好高度信息并实时获取当前高度信息，当高度控制装置2监测到实时高度小于设定高度时，保持当前状态；当高度控制装置2监测到实时高度等于或者大于设定高度时，断开动力球1与平飘球3之间的连接。高度控制装置2跟随动力球1继续上升直至动力球1爆破，平飘球3由于脱离了动力球1，失去了上升动力，在指定高度平飘并通过探空仪4采集气象要素，完成了指定高度气象要素采集的任务。
优选地，高度控制装置2包括用于连接动力球1与平飘球3的连接线21以及使连接线21断开的切割器22。
动力球1与平飘球3之间通过连接线21连接，通过切割器22切断连接线21的方式使平飘球3失去上升动力在指定高度平飘。通过切割器22断开连接线21的方式控制平飘球3的高度，响应速度快，保证平飘球3在到达指定高度后能迅速断开动力。实现平飘球3的精准定位。
优选地，参见图2，切割器22包括定位模块221、控制模块222、电源模块223以及熔断丝224，定位模块221用于定位平飘球3的高度并向控制模块222发送高度数据，控制模块222用于根据高度数据决定是否接通电源模块223，熔断丝224与电源模块223连接以在电源模块223接通时对连接绳进行熔断。
定位模块221能够稳定接收所在空域的GPS和北斗卫星信号，完成定位功能。定位模块221还以一定频率向控制模块222发送实时高度。控制模块222的单片机接收到实时高度后，与单片机内预设的高度数据进行比较，当实时高度小于设定高度时，单片机程序返回，继续保持接收定位装置高度信息的状态；当多次比较实时高度等于或者大于设定高度时，判断实时高度已经达到预设高度，单片机发出指令，使电源模块223导通，熔断丝224将连接线21熔断。切割器22在指定高度将动力球1与平飘球3分离，保证平飘球3在指定高度进行气象元素探测。
优选地，连接线21为尼龙绳。尼龙绳容易通过熔断丝224进行熔断，其牢固性也有一定的保证。比较适用于动力球1与平飘球3的连接，也方便动力球1与平飘球3的分离。
优选地，定位模块221为北斗定位模块。北斗卫星的数量较多，在高空中容易接收到稳定的信号，适用于探空气球的定位。
优选地，切割器22外部包裹有保温盒5。
切割器22外部包括有保温盒5，保温盒5可以阻止高空大风对熔断丝224工作的影响，又可以保证熔断丝224熔断时的热量不向外接扩散。设置保温盒5可以保证整个系统能够在空域环境下正常工作。
上述任一高度可控的高空气象探测系统的工作过程如下：
为动力球1和平飘球3充满气体，气体为氮气或者氦气，并在高度控制系统中设置平飘球3的工作高度。
按照图1的方式组装高度可控的高空气象探测系统，并且在动力球1和平飘球3中根据要求充入一定的氮气或者氦气。在高度控制系统中的单片机内设置工作高度参数，即对应平飘球3的工作高度。
释放动力球1，动力球1带动平飘球3上升，高度控制系统实时获取平飘球3的高度信息，当实时高度大于等于设置的工作高度时，高度控制系统切断动力球1与平飘球3的连接，动力球1继续上升，平飘球3在设置的工作高度平飘并通过探空仪4实现气象要素的探测。
高度控制装置2包括用于连接动力球1与平飘球3的连接线21以及使连接线21断开的切割器22。切割器22可以根据任务需要预先设定割断高度，一旦设定割断高度，这个参数就会存储在单片机内存中，即使断开电源，此高度参数也不会改变，除非重新设定新的割断高度参数。切割器22接通电源后，北斗定位模块和控制电路即进入工作状态，大约等待不超过3分钟时间，北斗定位模块已经能够稳定接收所在空域的GPS和北斗卫星信号，即完成定位功能，北斗定位模块以一定的频率向控制电路的单片机发送实时高度数据。单片机不断将实时高度与设定高度比较，实时高度小于设定高度时，程序返回。实时高度大于设定高度时，单片机经数次判断，确定已达到设定高度便立即向熔断电路发出指令，接通熔断元件电源，大约需要30～40秒钟左右尼龙连线熔断，切割器22跟随动力球1飞离，连接平飘球3的残余连线重量不会超过一克。平飘球3就进行平漂。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高度可控的高空气象探测系统，其特征在于，包括动力球(1)、平飘球(3)、探空仪(4)和高度控制装置(2)，所述动力球(1)与所述平飘球(3)通过高度控制装置(2)连接，所述探空仪(4)安装于所述平飘球(3)上，所述高度控制装置(2)包括用于连接所述动力球(1)与所述平飘球(3)的连接线(21)以及使连接线(21)断开的切割器(22)；所述切割器(22)包括定位模块(221)、控制模块(222)、电源模块(223)以及熔断丝(224)，所述定位模块(221)用于定位所述平飘球(3)的高度并向控制模块(222)发送高度数据，所述控制模块(222)用于根据高度数据决定是否接通电源模块(223)，控制模块（222）的单片机将高度数据与设定高度比较，当多次比较高度数据等于或大于设定高度时使电源模块（223）导通，所述熔断丝(224)与所述电源模块(223)连接以在电源模块(223)接通时对连接线(21)进行熔断。
2.根据权利要求1所述的一种高度可控的高空气象探测系统，其特征在于，所述连接线(21)为尼龙绳。
3.根据权利要求1所述的一种高度可控的高空气象探测系统，其特征在于，所述定位模块(221)为北斗定位模块。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种高度可控的高空气象探测系统，其特征在于，所述切割器(22)外部包裹有保温盒(5)。
5.一种如权利要求4所述的高度可控的高空气象探测系统的工作过程，其特征在于，工作过程如下：
为动力球(1)和平飘球(3)充入气体，所述气体为氮气或者氦气，并在高度控制系统中设置平飘球(3)的工作高度；
释放动力球(1)，动力球(1)带动平飘球(3)上升，高度控制系统(2)实时获取平飘球(3)的高度信息，当实时高度大于等于设置的工作高度时，高度控制系统切断动力球(1)与平飘球(3)的连接，动力球(1)继续上升，平飘球(3)在设置的工作高度平飘并通过探空仪(4)实现气象要素的探测。
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