CN110927825A - 一种不倒翁式无线探空装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不倒翁式无线探空装置，包括球壳、第一圆环、第二圆环、第三圆环、支撑部件、电源、电路模块、风阻部件和天线。通过本发明的技术方案，保证了装置重心集中在第三圆环的边沿，在重力作用下保持探空装置天线指向稳定，保证高质量的数据传输；通过在探空装置球型外壳外均匀安装风阻部件，增大整个装置挡风受力面积，进而增大探空装置下投时的风阻，起到对探空装置的缓冲保护作用。

Description

一种不倒翁式无线探空装置

技术领域

本发明属于气象探测技术领域，尤其涉及一种不倒翁式无线探空装置，能够保持天线指向，保证探空数据传输质量。

背景技术

气象每时每刻影响着人们的日常生产、生活，为更好的了解并运用气象，气象探测技术从早期的人工观测逐步发展到运用专用气象仪器，以便更精细地探测气象变化。随着气象科学的发展，人们除了利用地面气象仪器直接观测贴近地面的一层空气的物理性质以外，开始探索较高层大气的物理性质及其变化，进一步对一些天气现象的产生机理进行深入研究。为了获得更准确的气象资料，人们用探空仪对不同高度上的大气物理参数如温度、湿度、气压进行精确测量，以确定气象要素的垂直分布。

探空仪通过无线方式实时将气象数据传输到接收站，为保证数据传输质量，减少数据中的毛刺现象，探空仪在漂浮过程中，其天线需对准接收站天线。现有的探空仪所针对的工作环境为平稳、适宜气流环境，探空仪姿态较为稳定，能够保证探空仪上升或下降过程中，实现适宜的天线对准角度，与接收站建立良好的通信链路。芬兰Vaisala公司RS92型、RD94型，德国GRAW(歌劳)公司DFM-09型，中国华云气象科技集团公司GTS(U)2-1型等探空仪均为此类。

当探空仪工作于恶劣天气如沙尘、台风等时，会随风做不规则运动，甚至会出现旋转、倒置等情况，此时通信天线就不能维持原本的指向，当探空仪天线与接收站天线指向角度超出一定范围后，会导致数据传输不稳定，甚至中断，造成大量毛刺，影响后期数据处理精度。

发明内容

本发明针对探空仪在恶劣天气中可能出现的天线对准角度偏大导致数据传输不稳定的问题，根据不倒翁原理，利用三轴旋转结构，使得探空仪天线始终与接收站天线指向角度保持在稳定的范围内，保证通信链路稳定，气象数据传输可靠。同时，本发明的探空装置也适用于平稳的天气环境。本发明的具体技术方案如下：

一种不倒翁式无线探空装置，其特征在于，包括球壳、第一圆环、第二圆环、第三圆环、支撑部件、电源、电路模块、风阻部件、天线，其中，

所述球壳由两个半球型壳体组成，为镂空结构；

所述第一圆环、所述第二圆环和所述第三圆环由外向内依次层状同心排列于所述球壳内部，均与所述球壳的球心重合，所述第一圆环活动连接于所述球壳，所述第二圆环活动连接于所述第一圆环，所述第三圆环活动连接于所述第二圆环，所述第一圆环、所述第二圆环和所述第三圆环均能绕自身转动轴线360°转动，所述第一圆环与所述第三圆环的转动轴线方向一致，所述第二圆环的转动轴线方向与所述第一圆环的转动轴线方向垂直；

所述电源固定安装在所述第三圆环边沿，所述探空装置的重心集中在所述第三圆环边沿；

所述电路模块通过所述支撑部件和导线与所述电源相连，位于所述探空装置的中心；

所述天线与所述电路模块连接，方向指向接收站；

所述风阻部件为长圆柱体，均匀固定在所述球壳外部，使所述探空装置外部为“刺猬”型。

进一步地，所述探空装置还包括第一转轴、第二转轴和第三转轴，所述第一转轴一端固定连接于所述球壳，另一端与所述第一圆环活动连接，所述第二转轴一端固定连接于所述第一圆环，另一端与所述第二圆环活动连接，所述第三转轴一端固定连接于所述第二圆环，另一端与所述第三圆环活动连接。

进一步地，所述第一转轴通过轴承与所述第一圆环活动连接，所述第二转轴通过轴承与所述第二圆环活动连接，所述第三转轴通过轴承与所述第三圆环活动连接。

进一步地，所述球壳、所述第一转轴、所述第二转轴、所述第三转轴、所述第一圆环、所述第二圆环、所述第三圆环、所述支撑部件和所述风阻部件的材质为韧性塑料。

进一步地，所述球壳、所述第一转轴、所述第二转轴、所述第三转轴、所述第一圆环、所述第二圆环和所述第三圆环的表面均涂有疏水材料。

进一步地，所述电路模块外部设置有保温层。

本发明的有益效果在于：

1.本发明侧重于研究维持探空装置通信天线的指向，根据“不倒翁”原理，通过将探空装置电池作为装置负重块安装在最内层第三圆环3c的边沿，保证了装置重心集中在第三圆环3c的边沿，在重力作用下保持探空装置天线指向稳定，保证高质量的数据传输。

2.取消了原有探空装置的降落伞结构，防止其在恶劣环境中所有丝线拧在一起，失去对探空装置的缓冲保护作用。为了保证探空装置的安全，本发明通过在探空装置球型外壳外均匀安装风阻部件，增大整个装置挡风受力面积，进而增大探空装置下投时的风阻，起到对探空装置的缓冲保护作用。

3.本探空装置既能够用于恶劣天气环境，又能够用于平稳天气环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明的一种不倒翁式无线探空装置一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的一种不倒翁式无线探空装置一个实施例的球壳结构示意图。

附图标号说明：

1-外壳；2a-第一转轴；2b-第二转轴；2c-第三转轴；3a-第一圆环；3b-第二圆环；3c-第三圆环；4-支撑部件；5-电源；6-电路模块；7-风阻部件；8-天线。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明的一种不倒翁式无线探空装置一个实施例的结构示意图。一种不倒翁式无线探空装置，包括球壳1、第一圆环3a、第二圆环3b、第三圆环3c、支撑部件4、电源5、电路模块6、风阻部件7、天线8，其中，

球壳1由两个半球型壳体组成，可进行拆装，方便内部结构安装；球壳1为镂空结构，使电路模块与环境充分接触，保证测量数据真实有效；同时球壳1可以保护探空装置内部结构不被大体积物体如冰块砸坏。

第一圆环3a、第二圆环3b和第三圆环3c由外向内依次层状同心排列于球壳1内部，均与球壳1的球心重合，第一圆环3a活动连接于球壳1，第二圆环3b活动连接于第一圆环3a，第三圆环3c活动连接于第二圆环3b，第一圆环3a、第二圆环3b和第三圆环3c均能绕自身转动轴线360°转动，第一圆环3a与第三圆环3c的转动轴线方向一致，第二圆环3b的转动轴线方向与第一圆环3a的转动轴线方向垂直；

电源5固定安装在第三圆环3c边沿，作为负重块，探空装置的重心集中在第三圆环3c边沿；

电路模块6通过支撑部件4和导线与电源5相连，位于探空装置的中心；

天线8与电路模块6连接，方向指向接收站；

风阻部件7为长圆柱体，密集而均匀地固定在球壳1外部，使探空装置外部为“刺猬”型，增大整个装置挡风受力面积，在探空装置下投时增大风的阻力，起到缓冲保护作用。

在一些实施方式中，一种不倒翁式无线探空装置还包括第一转轴2a、第二转轴2b和第三转轴2c，第一转轴2a一端固定连接于球壳1，另一端与第一圆环3a活动连接，第二转轴2b一端固定连接于第一圆环3a，另一端与第二圆环3b活动连接，第三转轴2c一端固定连接于第二圆环3b，另一端与第三圆环3c活动连接。

探空装置在下降过程中，如果随风做不规则运动，使得球壳1旋转，由于电源5安装在第三圆环3c边沿，整个装置重心集中在第三圆环3c边沿，因此，第一转轴2a、第二转轴2b和第三转轴2c在负重块电源5的重力作用下，姿态保持稳定，天线8即可固定指向接收站，保证通信链路可靠，进而使得数据传输连续。

在一些实施方式中，第一转轴2a通过轴承与第一圆环3a活动连接，第二转轴2b通过轴承…与第二圆环3b活动连接，第三转轴2c通过轴承与第三圆环3c活动连接。

球壳1、第一转轴2a、第二转轴2b、第三转轴2c、第一圆环3a、第二圆环3b、第三圆环3c、支撑部件4和风阻部件7的材质为韧性塑料，以减小探空装置重量。

由于探空装置在高空环境中，气温较低，整个装置与大气环境充分接触，球壳1、第一转轴2a、第二转轴2b、第三转轴2c、第一圆环3a、第二圆环3b和第三圆环3c遇水结冰会影响探空装置正常工作，故在球壳1、第一转轴2a、第二转轴2b、第三转轴2c、第一圆环3a、第二圆环3b和第三圆环3c的表面均涂上疏水材料进行保护，使装置保持正常工作状态。

电路模块6外部设置有保温层。

本发明根据“不倒翁”原理，通过将探空装置的电源作为装置负重块安装在最内层的第三圆环3c，保证了装置重心集中在第三圆环3c的边沿，在重力作用下保持探空装置天线指向稳定，避免了在恶劣天气环境下，天线方向的剧烈变动，导致通信质量不稳定，甚至中断的问题。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

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)

1.一种不倒翁式无线探空装置，其特征在于，包括球壳(1)、第一圆环(3a)、第二圆环(3b)、第三圆环(3c)、支撑部件(4)、电源(5)、电路模块(6)、风阻部件(7)、天线(8)，其中，

所述球壳(1)由两个半球型壳体组成，为镂空结构；

所述第一圆环(3a)、所述第二圆环(3b)和所述第三圆环(3c)由外向内依次层状同心排列于所述球壳(1)内部，均与所述球壳(1)的球心重合，所述第一圆环(3a)活动连接于所述球壳(1)，所述第二圆环(3b)活动连接于所述第一圆环(3a)，所述第三圆环(3c)活动连接于所述第二圆环(3b)，所述第一圆环(3a)、所述第二圆环(3b)和所述第三圆环(3c)均能绕自身转动轴线360°转动，所述第一圆环(3a)与所述第三圆环(3c)的转动轴线方向一致，所述第二圆环(3b)的转动轴线方向与所述第一圆环(3a)的转动轴线方向垂直；

所述电源(5)固定安装在所述第三圆环(3c)边沿，所述探空装置的重心集中在所述第三圆环(3c)边沿；

所述电路模块(6)通过所述支撑部件(4)和导线与所述电源(5)相连，位于所述探空装置的中心；

所述天线(8)与所述电路模块(6)连接，方向指向接收站；

所述风阻部件(7)为长圆柱体，均匀固定在所述球壳(1)外部，使所述探空装置外部为“刺猬”型。

2.根据权利要求1所述的一种不倒翁式无线探空装置，其特征在于，所述探空装置还包括第一转轴(2a)、第二转轴(2b)和第三转轴(2c)，所述第一转轴(2a)一端固定连接于所述球壳(1)，另一端与所述第一圆环(3a)活动连接，所述第二转轴(2b)一端固定连接于所述第一圆环(3a)，另一端与所述第二圆环(3b)活动连接，所述第三转轴(2c)一端固定连接于所述第二圆环(3b)，另一端与所述第三圆环(3c)活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种不倒翁式无线探空装置，其特征在于，所述第一转轴(2a)通过轴承与所述第一圆环(3a)活动连接，所述第二转轴(2b)通过轴承与所述第二圆环(3b)活动连接，所述第三转轴(2c)通过轴承与所述第三圆环(3c)活动连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种不倒翁式无线探空装置，其特征在于，所述球壳(1)、所述第一转轴(2a)、所述第二转轴(2b)、所述第三转轴(2c)、所述第一圆环(3a)、所述第二圆环(3b)、所述第三圆环(3c)、所述支撑部件(4)和所述风阻部件(7)的材质为韧性塑料。

5.根据权利要求2或3所述的一种不倒翁式无线探空装置，其特征在于，所述球壳(1)、所述第一转轴(2a)、所述第二转轴(2b)、所述第三转轴(2c)、所述第一圆环(3a)、所述第二圆环(3b)和所述第三圆环(3c)的表面均涂有疏水材料。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种不倒翁式无线探空装置，其特征在于，所述电路模块(6)外部设置有保温层。

Images