CN108983319A - 一种高度可控的平飘球及其工作过程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了气象探测领域的一种高度可控的平飘球及其工作过程，包括平飘球本体、放气器、荷载释放器和探空仪，放气器与平飘球本体连接以在平飘球上升时释放平飘球本体内的气体，荷载释放器与平飘球本体连接以在平飘球下降时释放荷载，探空仪与探空仪连接以对气象要素进行采集。本发明通过放气器和荷载释放器控制探空气球实现平飘，克服了在充气过程中，净举力控制不准、不合适、球皮渗露等原因，造成平飘探空气象气球不断上升或下降，实现不了平飘功能的缺陷，保证探空气球在某一空间平飘探测更多的气象要素数据，完善气象预报模型。
Description
技术领域
本发明属于气象探测领域，具体涉及一种高度可控的平飘球及其工作过程。
背景技术
探空气象气球采用橡胶或聚脂薄膜材料制成球皮，充以比空气密度小的氢气或氦气，携带探空仪器升空，在上升过程中对大气环境要素和空间环境要素(如：大气密度、风向、风速、温度、湿度、电场强度、电子密度、离子密度等)进行探测。但探空气象气球在空中某一空间没有滞留时间，得到的气象要素有限，为了得到更多的气象要素数据，需要使探空气象气球在空中某一空间平飘。只有保持探空气象气球在空中的净举力为零且高度控制在一定的区间，才能使探空气象气球在空中某一空间平飘，探测更多的气象要素数据，完善气象预报模型。
探空气象气球在空中平飘的过程中，因存在球皮渗露或在充气过程中，净举力控制不准等原因而造成净举力不为零，这样探空气象气球就会不断下降或上升，完成不了平飘。
发明内容
本发明目的在提供于一种高度可控的平飘球，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平飘球，包括平飘球本体、放气器、荷载释放器和探空仪，放气器与平飘球本体连接以在平飘球本体上升时释放平飘球本体内的气体，荷载释放器与平飘球本体连接以在平飘球本体下降时释放荷载，探空仪与平飘球本体连接以对气象要素进行采集。
优选地，荷载释放器包括第一定位装置、第一控制电路、第一电源、熔断电路、连接线和荷载，第一电源为第一定位装置和第一控制电路供电，第一定位装置与第一控制电路连接以将高度信息发送至第一控制电路，熔断电路与第一控制电路连接以在平飘球本体下降超过允降度差时导通，连接线与熔断电路接触以在熔断电路导通时熔断，连接线连接有荷载。
优选地，放气器包括第二定位装置、第二控制电路、第二电源和放气阀，第二电源为第二定位装置和第二控制电路供电，第二定位装置与第二控制电路连接以将高度信息发送至第二控制电路，放气阀与第二控制电路连接以在平飘球本体上升超过允升度差时开启放气阀，放气阀用于从而控制平飘球本体内气体量。
优选地，荷载释放器或放气器外设置有保温盒。
本发明的高度可控的平飘球的荷载释放器的工作过程为：
对第一控制电路进行数据设定，设定数据包括检测时长、长周期检测时长、允降速度、下降误差高度；
第一定位装置实时监测平飘球本体的工作高度并将工作高度实时发送至第一控制电路；
若检测到平飘球本体呈上升状态，在一个检测时长后将数据清零，开始下一轮的检测；若检测到平飘球本体呈下降状态，转入长周期检测，长周期检测结束后判断气球下降误差高度：气球下降误差高度大于允降速度和长周期检测时长的乘积时，导通熔断电路，熔断电路导通后熔断连接线释放荷载；如气球下降误差高度不足允降速度和长周期检测时长的乘积，则程序返回开始一次新检测。
本发明的高度可控的平飘球的放气器的工作过程为：
对第二控制电路进行数据设定，设定数据包括工作高度、检测时长、误差高度；
第二定位装置实时监测平飘球本体的工作高度并将工作高度实时发送至第二控制电路；
若监测到气球呈下降状态，一个检测时长后将数据清零，开始下一轮的检测；若监测到气球呈上升状态，删除第一个检测时长内的数据，将第二个检测时长内的实时高度与工作高度差值作为有效数据，有效数据大于或等于误差高度时打开放气阀放气。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过放气器和荷载释放器控制探空气球实现平飘，克服了在充气过程中，净举力控制不准、不合适、球皮渗露等原因，造成平飘探空气象气球不断上升或下降，实现不了平飘功能的缺陷。保证探空气球在某一空间平飘探测更多的气象要素数据，完善气象预报模型。
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高度可控的平飘球的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的荷载释放器的系统结构图；
图3是本发明优选实施例的放气器的系统结构图。
1、平飘球本体；2、荷载释放器；21、第一定位装置；22、第一控制电路；23、熔断电路；24、荷载；25、连接线；26、第一电源；3、放气器；31、第二定位装置；32、第二控制电路；33、放气阀；34、第二电源；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平飘球，参见图1，包括平飘球本体1、放气器3、荷载释放器2和探空仪4，放气器3与平飘球本体1连接以在平飘球本体1上升时释放平飘球本体1内的气体，荷载释放器2与平飘球本体1连接以在平飘球本体1下降时释放荷载24，探空仪4与平飘球本体1连接以对气象要素进行采集。
荷载释放器2的作用为当探空气球到达平飘高度后，当气球因球皮渗露等原因而呈下降状态时，且下降高度趋势超过技术要求时，荷载释放器2控制荷载24的释放调节整个探空气象气球的重量，使得探空气象气球逐渐趋于平衡，最终实现平飘飞行。放气器3的作用为当探空气象气球到达平飘高度后，当气球在地面充气过程中，平飘球的净举力超标而呈上升状态时，且上升高度趋势超过技术要求时，放气器3释放气球内的气体，使得探空气象气球逐渐趋于平衡，最终实现平飘飞行。
优选地，参见图2，荷载释放器2包括第一定位装置21、第一控制电路22、第一电源26、熔断电路23、第一连接线25和荷载24，第一电源26为第一定位装置21和第一控制电路22供电，第一定位装置21与第一控制电路22连接以将高度信息发送至第一控制电路22，第一控制电路22与熔断电路23连接以在平飘球本体1下降超过允降度差时导通熔断电路23，熔断电路23与连接线25接触以在熔断电路23导通时熔断连接线25，连接线25连接有荷载24。
第一定位装置21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。第一定位装置21还以一定的频率向第一控制电路22发送实时高度。第一控制电路22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，当实时高度大于或等于设定高度时，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小于设定高度时，平飘球本体1因球皮渗露等原因而呈下降状态时，下降高度趋势将超过技术要求，单片机发出指令，熔断电路23导通，熔断丝将连接线25熔断，与连接线25连接的荷载24断开与平飘球本体1的连接，平飘球本体1逐渐趋于平衡，最终达到平飘飞行。平飘球在特定高度平飘进行气象元素探测。
优选地，参见图3，放气器3包括第二定位装置31、第二控制电路32、第二电源34和放气阀33，第二电源34为第二定位装置31和第二控制电路32供电，第二定位装置31与第二控制电路32连接以将高度信息发送至第二控制电路32，第二控制电路32与放气阀33连接以在平飘球本体1上升超过允升度差时开启放气阀33，放气阀33用于控制平飘球本体1内气体含量。
第二定位装置31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。第二定位装置31还以一定的频率向控制电路发送实时高度。第二控制电路32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，当实时小于或等于设定高度时，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大于设定高度时，则认为在地面充气过程中，平飘球的净举力超标，需对平飘球进行放气。
优选地，荷载释放器2或放气器3外设置有保温盒5。
保温盒5可以避免荷载释放器2或放气器3在高空中受外部环境的影响其正常工作。在荷载释放器2切断荷载24与平飘球本体1的连接时，保证熔断丝的温度，提高熔断效率，提高响应时间。
本发明的高度可控的平飘球的荷载释放器2的工作过程为：
对第一控制电路22进行数据设定，设定数据包括检测时长、长周期检测时长、允降速度、下降误差高度。
在探空气象气球施放前，先将第一控制电路22在计算机上进行数据设定，设定数据为工作高度、受控范围、检测时长、轻荷载允降度差、重荷载允降度差、长周期允降平均速度、熔断时间TR、允升度差、长周期允升平均速度、放气高度、放气时间等。
第一定位装置21实时监测平飘球本体1的工作高度并将工作高度实时发送至第一控制电路22。
在气球升空后北斗定位模块不断将实时高度数据送往第一控制电路22的单片机，第一控制电路22开始监测气球飞行状态，状态是根据每秒高度变化值来进行，一个检测时长高度数据进行判断。
若检测到平飘球本体1呈上升状态，在一个检测时长后将数据清零，开始下一轮的检测；若检测到平飘球本体1呈下降状态，转入长周期检测，长周期检测结束后判断气球下降误差高度：气球下降误差高度大于允降速度和长周期检测时长的乘积时，导通熔断电路23，熔断电路23导通后熔断连接线25释放荷载24；如气球下降误差高度不足允降速度和长周期检测时长的乘积，则程序返回开始一次新检测。
如果气球每呈上升状态；检测时长后高度差清零，开始一次新的检测。
如气球检测时长内下降总高度小于允降度差；则程序转入长周期检测，长周期检测时长为5倍检测时长。长周期检测结束后判断气球下降高度；如气球下降大于允降速度和长周期检测时长的乘积，则释放一个轻荷载。程序接通熔断电路23的电源，通电时间为一个熔断时间，释放轻载1。荷载熔断器2释放后再等待检测间隔，又开始一次新的检测；如长周期检测结束后，判断气球下降不足允降速度和长周期检测时长的乘积，则程序返回开始一次新检测。
如气球检测时长内下降高度大于允降度差并小于重荷载允降度差B；则释放一个轻荷载。任何一次释放轻荷载都有熔断、释放、等待等过程，已经释放的轻荷载都会在“荷载状态”信息框内提示，轻荷载的释放顺序依次为轻载1、轻载2、轻载3……轻载6，轻荷载共有6个。
如气球检测时长内下降总高度大于重荷载允降度差B；则释放一个重荷载。任何一次释放重荷载都有熔断、释放、等待等过程，已经释放的重荷载也会在“荷载状态”信息框内提示，重荷载释放的顺序为重载1、重载2，重荷载有两个。
如果气球平飘一段时间后，高度缓慢下降并低于工作高度，则程序会控制释放一个轻荷载，同时监测气球高度。如气球仍下降则会再释放一个轻荷载，直到气球回升到工作高度以上为止。
通过以上释放一个或数个轻、重荷载的调整，气球可以达到平飘状态。
本发明的高度可控的平飘球的放气器3的工作过程为：
对第二控制电路32进行数据设定，设定数据包括工作高度、检测时长、误差高度。
在探空气象气球施放前，先将放气器3在计算机上进行数据设定，设定数据为工作高度、受控范围、检测时长、轻荷载允降度差、重荷载允降度差、长周期允降平均速度、熔断时间TR、允升度差、长周期允升平均速度、放气高度、放气时间等。
第二定位装置31实时监测平飘球本体1的工作高度并将工作高度实时发送至第二控制电路32。
在气球升空后北斗定位模块不断将实时高度数据送往控制电路的单片机，第二控制电路32开始监测气球飞行状态，状态是根据每秒高度变化值来进行，一个检测时长高度数据进行判断。
若监测到气球呈下降状态，一个检测时长后将数据清零，开始下一轮的检测；若监测到气球上升状态，删除第一个检测时长内的数据，将第二个检测时长内的实时高度与工作高度差值作为有效数据，有效数据大于或等于误差高度时打开放气阀33放气。
如果气球每呈下降状态，在一个检测时长内数据清零。开始一次新的检测。
如果气球每呈上升状态，在一个检测时长内，检测高度第一次的数据去掉，在第二个的检测时长内的数据为有效数据，将这一数据大于或等于设定高度，打开放气阀33一个放气时间。
本发明能够准确检测到探空气象气球在空中的运行情况，并根据运行情况来控制与调节探空气象气球的运行状态，保证了探空气象气球能够按设计要求进行平飘，实现了气球在空中控制方式的自动化与数字化，为收集更多的气象要素数据提供技术保障。
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 (6)
1.一种高度可控的平飘球，其特征在于，包括平飘球本体(1)、放气器(3)、荷载释放器(2)和探空仪(4)，所述放气器(3)与所述平飘球本体(1)连接以在平飘球本体(1)上升时释放平飘球本体(1)内的气体，所述荷载释放器(2)与所述平飘球本体(1)连接以在平飘球本体(1)下降时释放荷载(24)，所述探空仪(4)与所述平飘球本体(1)连接以对气象要素进行采集。
2.根据权利要求1所述的一种高度可控的平飘球，其特征在于，所述荷载释放器(2)包括第一定位装置(21)、第一控制电路(22)、第一电源(26)、熔断电路(23)、连接线(25)和荷载(24)，所述第一电源(26)为所述第一定位装置(21)和所述第一控制电路(22)供电，所述第一定位装置(21)与所述第一控制电路(22)连接以将高度信息发送至所述第一控制电路(22)，所述熔断电路(23)与所述第一控制电路(22)连接以在所述平飘球本体(1)下降超过允降度差时导通，所述连接线(25)与所述熔断电路(23)接触以在熔断电路(23)导通时熔断，所述连接线(25)连接有所述荷载(24)。
3.根据权利要求1所述的一种高度可控的平飘球，其特征在于，所述放气器(3)包括第二定位装置(31)、第二控制电路(32)、第二电源(34)和放气阀(33)，所述第二电源(34)为所述第二定位装置(31)和所述第二控制电路(32)供电，所述第二定位装置(31)与所述第二控制电路(32)连接以将高度信息发送至所述第二控制电路(32)，所述放气阀(33)与所述第二控制电路(32)连接以在所述平飘球本体(1)上升超过允升度差时开启从而控制所述平飘球本体(1)内气体含量。
4.根据权利要求2或3所述的一种高度可控的平飘球，其特征在于，所述荷载释放器(2)或放气器(3)外设置有保温盒(5)。
5.一种如权利要求2所述的高度可控的平飘球的工作过程，包括以下步骤：
对第一控制电路(22)进行数据设定，设定数据包括检测时长、长周期检测时长、允降速度、下降误差高度；
第一定位装置(21)实时监测平飘球本体(1)的工作高度并将工作高度实时发送至第一控制电路(22)；
若检测到平飘球本体(1)呈上升状态，在一个检测时长后将数据清零，开始下一轮的检测；若检测到平飘球本体(1)呈下降状态，转入长周期检测，长周期检测结束后判断气球下降误差高度：气球下降误差高度大于允降速度和长周期检测时长的乘积时，导通熔断电路(23)，熔断电路(23)导通后熔断连接线(25)释放荷载(24)；如气球下降误差高度不足允降速度和长周期检测时长的乘积，则程序返回开始一次新检测。
6.一种如权利要求3所述的高度可控的平飘球的工作过程，包括以下步骤：
对第二控制电路(32)进行数据设定，设定数据包括工作高度、检测时长、误差高度；
第二定位装置(31)实时监测平飘球本体(1)的工作高度并将工作高度实时发送至第二控制电路(32)；
若监测到气球呈下降状态，一个检测时长后将数据清零，开始下一轮的检测；若监测到气球呈上升状态，删除第一个检测时长内的数据，将第二个检测时长内的实时高度与工作高度差值作为有效数据，有效数据大于或等于误差高度时打开放气阀(33)放气。
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| CN114326483A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-12 | 中国特种飞行器研究所 | 一种空飘气球实时追踪及自毁装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108983319B (zh) | 2021-02-09 |
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