CN208110079U - 一种高空气象探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例公开了一种高空气象探测装置，包括探空仪、气球和降落伞所述探空仪通过绳索连接至所述降落伞的伞绳末端，所述气球通过绳索连接在所述降落伞的伞面上；所述探空仪上升过程中，所述降落伞收缩，所述探空仪下降过程中，所述降落伞打开。该气象探测装置中，探空仪依靠气球的浮力上升至预先设定的最高点，气球破裂，探空仪下降。探空仪下降时，与该探空仪连接的降落伞打开，从而避免了探空仪的快速下降。本实用新型通过降落伞减缓了探空仪下降过程的下降速度，使得探空仪在下降过程中也能实现对气象要素的探测。

Description

一种高空气象探测装置

技术领域

本实用新型涉及气象探测技术领域，尤其是涉及一种高空气象探测装置。

背景技术

高空气象探测主要用于探测地面至3万米高空的温度、气压、湿度、风向、风速等气象要素，为天气预报、气候分析、科学研究和国际交换，提供及时、准确的高空气象资料。现有的高空气象探测的设备是用气球将一次性探测仪器——探空仪带入空中，探空仪在飞升过程中感应出周围空气的温度、气压和湿度，并将探测的气象要素转换为无线电讯号，连续不断地发给地面接收系统。然而，气球到达一定高度因外界压力变小会发生破裂，气球破裂后，探空仪的下降速度过快，传感器无法正确测量出下降过程中的气象要素，也无法将数据有效传输至地面接收系统。因此，即使下降过程中气象要素的探测能够有效提升单次高空气象探测的效益，对于未来气象气候预报服务具有重要意义，当气球破裂后由于下降速度不可控也终止了对气象要素的探测。

在实现本实用新型实施例的过程中，发现现有的高空气象探测装置随着探空仪上升至预先设定的最高点或者气球破裂后，探空仪开始下降，由于下降速度过快，无法对下降过程中的气象要素进行探测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何解决现有的高空气象探测装置随着探空仪上升至预先设定的最高点或者气球破裂后，探空仪开始下降，由于下降速度过快，无法对下降过程中的气象要素进行探测的问题。

针对以上技术问题，本实用新型的实施例提供了一种高空气象探测装置，包括探空仪、气球和降落伞；

所述探空仪通过绳索连接至所述降落伞的伞绳末端，所述气球通过绳索连接在所述降落伞的伞面上；

所述探空仪上升过程中，所述降落伞收缩，所述探空仪下降过程中，所述降落伞打开。

可选地，还包括通过绳索连接在所述降落伞的伞面和所述气球之间的气球释放设备；

所述气球释放设备中包括金属丝，以及为所述金属丝加热的加热电路，连接所述气球的绳索缠绕在所述金属丝上；

所述探空仪上升至预设高度或者气球破裂时，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索。

可选地，所述通过绳索连接在所述降落伞的伞面和所述气球之间的气球释放设备具体为：

所述降落伞的伞面通过绳索连接至所述气球释放设备的金属丝上，所述气球也通过绳索连接至所述气球释放设备的金属丝上；

其中，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索后，所述气球释放设备和所述气球脱落。

可选地，所述气球释放设备中还包括定位设备，所述定位设备连接所述加热电路；

所述定位设备用于接收所述气球释放设备当前所处的高度；

在所述气球释放设备当前所处的高度等于目标高度或者根据所述气球释放设备所处的高度判断所述气球破裂后，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索。

可选地，气球释放设备中包括主控芯片，所述加热电路和所述定位设备集成在所述主控芯片上；

所述主控芯片从所述定位设备获取所述气球释放设备当前所处的高度，当所述气球释放设备当前所处的高度等于预先存储的目标高度或者根据所述气球释放设备所处的高度判断所述气球破裂后，控制所述加热电路加热。

可选地，所述主控芯片通过MOSFET开关控制所述加热电路加热所述金属丝。

可选地，所述金属丝为镍铬丝或者钨丝。

可选地，所述降落伞的伞面由无纺布材料或者涤纶材料制成。

可选地，所述降落伞的伞面的直径大于或等于30cm，且小于或等于1000cm。

可选地，所述气球释放设备和所述气球之间的绳索长度大于或等于2米，所述气球释放设备和所述降落伞的伞面之间的绳索长度大于或等于2米，所述探空仪和所述降落伞的伞绳末端之间的绳索长度大于或等于2米。

本实用新型的实施例提供了一种高空气象探测装置，该气象探测装置中，探空仪依靠气球的浮力或者飞艇、飞机等载体上升至预先设定的最高点或者气球破裂，探空仪下降。探空仪下降时，与该探空仪连接的降落伞打开，从而避免了探空仪的快速下降。本实用新型通过降落伞减缓了探空仪下降过程的下降速度，使得探空仪在下降过程中也能实现对气象要素的探测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施例提供的高空气象探测装置结构示意图；

图2是本实用新型另一个实施例提供的高空气象探测装置工作过程示意图；

图3是本实用新型另一个实施例提供的高空气象探测装置的气球释放设备内部的结构示意图；

图4是本实用新型另一个实施例提供的高空气象探测装置的气球释放设备内部的结构示意图；

图5是本实用新型另一个实施例提供的北斗/GPS定位模块的内部结构示意图；

图6是本实用新型另一个实施例提供的400MHZ接收模块的内部结构示意图；

图7是本实用新型另一个实施例提供的主控芯片的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实施例提供的一种高空气象探测装置，包括探空仪101、气球102和降落伞103；

所述探空仪101通过绳索连接至所述降落伞103的伞绳末端，所述气球102通过绳索连接在所述降落伞103的伞面上；

所述探空仪101上升过程中，所述降落伞103收缩，所述探空仪101下降过程中，所述降落伞103打开。

现有的探空仪依靠与探空仪连接的气球至最高点，气球破裂后，探空仪急速下降，从而无法在探空仪下降过程中进行气象要素的探测。本实施例提供的气象探测装置的目的在于克服气球爆炸后探空仪下降过程中的速度不可控的现状，提供一种能够将下降速度控制在高空气象探测业务要求300～600米/分钟范围内的装置，能够实现气球下降段观测的目的，获取下降段有效气象要素。

本实用新型的实施例提供了一种高空气象探测装置，该气象探测装置中，探空仪依靠气球的浮力或者飞艇、飞机等载体上升至预先设定的最高点或者气球破裂，探空仪下降。探空仪下降时，与该探空仪连接的降落伞打开，从而避免了探空仪的快速下降。本实用新型通过降落伞减缓了探空仪下降过程的下降速度，使得探空仪在下降过程中也能实现对气象要素的探测。

进一步地，如图2所示，在上述实施例的基础上，还包括通过绳索连接在所述降落伞的伞面和所述气球之间的气球释放设备201；

所述气球释放设备中包括金属丝2011，以及为所述金属丝加热的加热电路，连接所述气球的绳索缠绕在所述金属丝2011上；

所述探空仪上升至预设高度，所述加热电路加热所述金属丝2011至熔断缠绕在所述金属丝2011上的绳索。

在上升过程中，降落伞103处于收缩状态，气球102在探空仪101上升至最高点后，即发生破裂。本实施例中在气球102和降落伞103之间设置一个加热电路(位于图2中的2012内，2012可以为一个金属盒，其内包括主控芯片，定位设备、电源等)和金属丝2011，当加热电路加热金属丝2011至该连接气球102的绳索的燃点后，绳索燃烧，使得气球脱落，从而减轻了下降过程中整个气象探测装置的重量。

气球破裂后，探空仪101开始下降，降落伞103打开，从而减缓了探空仪101下降的下降速度。

需要说明的是，加热电路可以产生电流传输至金属丝，金属丝发热，从而燃断绳索。可理解的是，气球释放设备201包括为加热电路供电的电源。当然，为了保护加热电路，气球释放设备201还应包括一个盒子，所述加热电路置于所述盒子内。其次，还包括保温套，所述保温套用于保持所述金属丝的温度。

本实施例提供的高空气象探测装置可以由飞艇、飞机等携带该高空气象探测装置上升，待探空仪上升至预设高度之后，飞艇、飞机释放该高空气象探测装置，使得该高空气象探测装置在降落伞的浮力作用下缓慢下降，从而实现下降过程中对气象要素进行探测。

本实施例提供的气象探测装置包括气球释放设备201，通过气球释放设备201可以在气球102破裂后，及时燃断连接气球102的绳索，避免破裂的气球102增加了整个高空气象探测装置的重量。气球释放装置在气球破裂后，将破裂的气球与探空仪分离，避免破裂的气球增加了整个高空气象探测装置的重量。

进一步地，如图2所示，在上述各个实施例的基础上，所述通过绳索连接在所述降落伞103的伞面和所述气球之间的气球释放设备201具体为：

所述降落伞103的伞面通过绳索连接至所述气球释放设备的金属丝2011上，所述气球102也通过绳索连接至所述气球释放设备的金属丝2011上；

其中，所述加热电路加热所述金属丝2011至熔断缠绕在所述金属丝2011上的绳索后，所述气球释放设备201和所述气球102脱落。

在本实施例中，气球102连接至金属丝2011上，且降落伞103的伞面通过绳索也连接至气球释放设备的金属丝2011上，那么当气球破裂后，金属丝将连接在其上的绳索燃断，气球和气球释放设备均脱落。

本实施例提供了一种当气球破裂后，同时使得气球和气球释放设备脱落的方法，该方法进一步减轻了高空气象探测装置下降过程中的重量。

进一步地，在上述各个实施例的基础上，所述气球释放设备中还包括定位设备，所述定位设备连接所述加热电路；

所述定位设备用于接收所述气球释放设备当前所处的高度；

在所述气球释放设备当前所处的高度等于预设高度或者气球破裂时，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索。

具体地，气球释放设备根据定位设备接收的高度值，判断气球是否破裂、探空仪下降时(当高度值等于探空仪上升至最高点对应的气球释放设备的高度时，判定气球破裂，探空仪开始下降)，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索。

具体地，如图3所示，本实施例提供的气球释放设备中还包括定位设备，该定位设备可以是北斗/GPS定位模块，北斗/GPS定位模块接收卫星导航信息，通过北斗/GPS定位得到该气球释放设备当前的高度，当然，根据气球释放设备当前的高度，气球释放设备和降落伞之间的绳索长度，降落伞收缩时的长度，以及降落伞和探空仪之间的绳索长度，可以对探空仪的高度进行定位。另一方面，根据气球释放设备当前的高度，气球释放设备和降落伞之间的绳索长度，可以确定降落伞所处的高度；根据气球释放设备当前的高度，气球释放设备和气球之间的绳索长度，可以确定气球所处的高度。

根据北斗/GPS定位模块获取的高度信息，可以得知当前上升气球是否破裂。因此，在所述气球释放设备判断气球破裂、探空仪下降时，加热电路对金属丝加热，使得绳索断裂，气球和气球释放设备脱落。

进一步地，在上述各个实施例的基础上，气球释放设备中包括主控芯片，所述加热电路和所述定位设备集成在所述主控芯片上；

所述主控芯片从所述定位设备获取所述气球释放设备当前所处的高度，当所述气球释放设备当前所处的高度等于预先存储的所述探空仪上升至最高点时对应的所述气球释放设备的高度时，控制所述加热电路加热(即当所述气球释放设备判断气球破裂、探空仪下降时，控制所述加热电路加热)。

进一步地，在上述各个实施例的基础上，所述主控芯片通过MOSFET开关控制所述加热电路加热所述金属丝。

如图3所示，气球释放设备201中包括了集成在主控芯片(例如，主控芯片为SMT32系列的内核)，其上集成了定位设备(例如，定位设备为北斗/GPS定位模块)和用于控制电源(可以为电池)为加热电路供电的控制开关(MOSFET开关)。当定位设备接收的定位信号为所述气球释放设备当前所处的高度等于预先存储的所述探空仪上升至最高点时对应的所述气球释放设备的高度时，通过MOSFET开关控制电源向加热电路供电，从而燃断和加热丝连接绳索，使得气球102和气球释放设备201脱落。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述金属丝为镍铬丝或者钨丝。

对镍铬丝或者钨丝加热的温度可以超过1000℃，从而可以燃断连接在钨丝上的绳索。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述降落伞的伞面由无纺布材料或者涤纶材料制成。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述降落伞的伞面的直径大于或等于30cm，且小于或等于1000cm。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述气球释放设备和所述气球之间的绳索长度大于或等于2米，所述气球释放设备和所述降落伞的伞面之间的绳索长度大于或等于2米，所述探空仪和所述降落伞的伞绳末端之间的绳索长度大于或等于2米。

作为一种具体的实施例，所述北斗/GPS定位模块还可以替换为400MHZ接收模块，400MHZ接收模块从探空仪实时接收气象要素的数据，根据气象要素的数据分析气球释放设备当前所处的高度。

可理解的是气球释放设备中的定位模块可以包括北斗/GPS定位模块和400MHZ接收模块，例如，如图4所示，气球释放设备中的定位设备包括了北斗/GPS定位模块和400MHZ接收模块。在确定气球释放设备当前的高度时，可以只根据北斗/GPS定位模块确定，也可以只根据400MHZ接收模块来确定，当然，还可以结合北斗/GPS定位模块和400MHZ接收模块来确定高度。图4中的气球释放设备的其它部分和图3中的气球释放设备相同，在此不再赘述。

图5示出了北斗/GPS定位模块的具体的结构图，该北斗/GPS定位模块包括以u-blox芯片或者同类导航定位芯片为核心的u-blox单元401和北斗/GPS双模天线502。其中，北斗/GPS双模天线502包括天线、和天线连接的低噪声放大器，以及和低噪声放大器连接的滤波器。u-blox单元501中包括u-blox芯片，与u-blox芯片连接的低噪声放大器，以及和低噪声放大器连接的滤波器SAW。北斗/GPS双模天线502和u-blox单元501通过同轴电缆连接，如图5所示，同轴电缆的一端连接至北斗/GPS双模天线502的滤波器，另一端连接至接地端GND，并通过高频信号入口RF-IN和u-blox单元501的滤波器SAW连接。当然，u-blox芯片还连接至高电平VCC。其中，北斗/GPS定位模块通过UART端口和主控芯片连接，实时向主控芯片上报接收到的高度信息。

图6示出了400MHZ接收模块的结构示意图及其和主控芯片STM32集成的示意图，参见图6，400MHZ接收模块包括SI4432射频收发器、接收天线、该SI4432射频收发器采用300MHZ的晶振。SI4432射频收发器和STM32主控芯片之间通过SPI驱动。其中，主控芯片的各个管脚，和主控芯片的各个管脚连接的电路如图7所示。

如图2所示本实施例采用气球、降落伞、气球释放设备携带探空仪进行高空气象探测，气球上升过程中，降落伞处于收缩状态，进行常规探测。当气球破裂后由于下降气球速度较快使得降落伞打开，从而降低下降速度。根据携带探空仪的质量确定降落伞的规格尺寸，确保探空仪可以以300～600米/分钟的速度下降。

另外，在降落伞顶部(伞面)与气球之间悬挂一个气球释放设备(气球切割装置)，该释放装置设在一个保温盒内，上面与气球连接。气球释放设备是由基于单片机控制的北斗/GPS定位模块或者400MHz接收模块或者其它无线模块和切割气球装置组成。气球放球绳在释放装置内的部分缠绕钨丝，燃烧的钨丝使绳索上温度超过1000℃。根据定位信息判断气球已破裂，切割装置燃断绳索，使得该切割装置和破裂的球皮脱离降落伞，从而排除破裂球皮对探空仪降速产生的影响。

本实用新型的高空气象探测装置，参见图2，包括气球、气球切割装置、降落伞、绳索(放球绳)。气球释放设备上端用20米左右长度放球绳与气球连接；气球释放设备下端用20米左右长度放球绳与降落伞顶部连接；降落伞下端(伞绳末端)用10米左右放球绳与探空仪连接。本实用新型中的降落伞规格型号根据探空仪的重量进行查表获得，可以确下降的速度能控制在高空气象探测规范的要求范围内。

本实用新型中的气球释放设备组成参见图3和图4，主要由定位设备和主控芯片组成。定位设备获取探空气球的高度及其变化信息，具备三种获取方式：一种通过北斗/GPS定位模块获取；另一种通过“400MHz接收模块”实时接收一同释放的探空仪发出的400MHz频段的射频信号，经过解析后从中获取到探空仪的定位信息；第三种是通过ZigBee模块实时获取探空仪中通过ZigBee模块发出的定位信息(图3和图4中均未示出ZigBee模块，其中，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术)。

本实用新型中的主控模块，电路设计框图参见图3和图4，主要由主控芯片、MOSFET开关、加热丝、电池等组成，主控芯片采用基于ARM Cortex-M3内核的高性能STM32微控制器，主控芯片实时获取高度获取模块的数据。根据设定参数和高度变化量，在达到一定高度或者下降时段，控制MOSFET开关，使电流通过加热丝，将连接主气球的球绳燃断，从而使该切割装置和破裂的球皮脱离降落伞。流过电热丝的电流由一个MOSFET作为开关来控制，使加热丝短时间内产生高温将球绳烧断。

本实用新型中的北斗/GPS定位模块，结构框图参见图5。以ublox芯片为核心，连接北斗/GPS双模天线，通过UART端口与主控模块中的主控单元连接，实时输出卫星导航信息至主控单元。

本实用新型中的400MHz接收模块，结构框图参见图6。以射频芯片SI4432为核心，设置片内的射频收发单元工作于400MHz频段，符合探空领域的规范要求。具备对数据包处理、数据缓冲FIFO、接收信号强度指示(RSSI)、空闲信道评估(CCA)、唤醒定时器、低电压检测、温度传感器、8位AD转换器和通用输入/输出口等功能。

SI4432通过管脚VDD_RF与电源模块连接，通过信号SCLK、SDI和SDO与主控模块中的主控单元连接。

本实用新型中的气球释放设备主要由主控芯片、MOSFET开关、加热丝、电池等组成，主控芯片采用基于ARM Cortex-M3内核的高性能STM32微控制器，主控芯片实时获取高度获取模块的数据。根据设定参数和高度变化量，在达到一定高度或者下降时段，控制MOSFET开关，使电流通过加热丝，将连接的气球和气球释放设备的绳索燃断，从而使气球和气球释放设备得以释放。流过电热丝的电流由一个MOSFET作为开关来控制，使加热丝短时间内产生高温将绳索烧断。

本实施例提供的高空气象探测装置可以提供有效控制高空气象探测中探空仪的下降速度，并能符合气象探测业务的需求，从而可以获取有效的下降段气象探测要素值，填补无高空气象探测下降段观测数据的空白。另一方面，本实用新型设计合理，使用便利，成本较低，可以满足高空气象探测业务应用的需求。

针对该输液监控器，需要保持仪器的干净，清洁时用软布和酒精棉擦洗仪器表面的污垢，切勿用稀释剂，汽油清洗监控器，这些物质可能会导致器材变形或受损。该输液监控器不使用时，应请勿放置在潮湿高温的环境。该输液监控器不应拆装电池组的接插件，以免电池极性接反。过量的充电或放电，会导致该输液监控器的电池使用寿命下降。该输液监控器的光电传感器应保持干燥。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高空气象探测装置，其特征在于，包括探空仪、气球和降落伞；

所述探空仪通过绳索连接至所述降落伞的伞绳末端，所述气球通过绳索连接在所述降落伞的伞面上；

所述探空仪上升过程中，所述降落伞收缩，所述探空仪下降过程中，所述降落伞打开。

2.根据权利要求1中所述的高空气象探测装置，其特征在于，还包括通过绳索连接在所述降落伞的伞面和所述气球之间的气球释放设备；

所述气球释放设备中包括金属丝，以及为所述金属丝加热的加热电路，连接所述气球的绳索缠绕在所述金属丝上；

所述探空仪上升至预设高度或者气球破裂后，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索。

3.根据权利要求2中所述的高空气象探测装置，其特征在于，所述通过绳索连接在所述降落伞的伞面和所述气球之间的气球释放设备具体为：

所述降落伞的伞面通过绳索连接至所述气球释放设备的金属丝上，所述气球也通过绳索连接至所述气球释放设备的金属丝上；

其中，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索后，所述气球释放设备和所述气球脱落。

4.根据权利要求3中所述的高空气象探测装置，其特征在于，所述气球释放设备中还包括定位设备，所述定位设备连接所述加热电路；

所述定位设备用于接收所述气球释放设备当前所处的高度；

在所述气球释放设备当前所处的高度等于目标高度或者根据所述气球释放设备所处的高度判断所述气球破裂后，所述加热电路加热所述金属丝至熔断缠绕在所述金属丝上的绳索；

其中，所述目标高度为所述探空仪上升至所述预设高度时，所述气球释放设备所处的高度。

5.根据权利要求4中所述的高空气象探测装置，其特征在于，气球释放设备中包括主控芯片，所述加热电路和所述定位设备集成在所述主控芯片上；

所述主控芯片从所述定位设备获取所述气球释放设备当前所处的高度，当所述气球释放设备当前所处的高度等于所述目标高度或者根据所述气球释放设备所处的高度判断所述气球破裂后，控制所述加热电路加热。

6.根据权利要求5中所述的高空气象探测装置，其特征在于，所述主控芯片通过MOSFET开关控制所述加热电路加热所述金属丝。

7.根据权利要求6中所述的高空气象探测装置，其特征在于，所述金属丝为镍铬丝或者钨丝。

8.根据权利要求7中所述的高空气象探测装置，其特征在于，所述降落伞的伞面由无纺布材料或者涤纶材料制成。

9.根据权利要求8中所述的高空气象探测装置，其特征在于，所述降落伞的伞面的直径大于或等于30cm，且小于或等于1000cm。

10.根据权利要求9中所述的高空气象探测装置，其特征在于，所述气球释放设备和所述气球之间的绳索长度大于或等于2米，所述气球释放设备和所述降落伞的伞面之间的绳索长度大于或等于2米，所述探空仪和所述降落伞的伞绳末端之间的绳索长度大于或等于2米。