TWI592336B - 探空氣球繫留控制裝置 - Google Patents

Description

探空氣球繫留控制裝置

本發明係關於一種探空氣球繫留控制裝置，尤其是一種可用以控制探空氣球之繫繩收放的探空氣球繫留控制裝置。

近年來因空氣污染問題導致全球氣候變遷、天然災害不斷，使得大氣環境污染探測與天然災害監控之課題日漸受到重視。

探測大氣環境最常使用的方式就是使用探空氣球，探空氣球的下方繫有一氣象探空儀，並由一繫繩連接至地面的一控制裝置，利用該控制裝置控制該繫繩之收放，從而控制該探空氣球的升空高度，以於該探空氣球帶著該氣象探空儀升降的過程中，由該氣象探空儀測得大氣之壓力、高度、溫度、溼度等資料。此外，還可在該繫繩上間隔設有可定時控制的小馬達和採樣袋，於該探空氣球上升至最終高度後，由繫於不同高度上的小馬達同步進行抽氣採樣。據此，取下採樣袋後，即可對採樣地的O₃、NO_x、SO₂、NMHC、CO等污染物進行濃度分析。

然而，由於探空氣球在空中易受到風力不定時且不定向地推移，故使用習知的探空氣球繫留控制裝置，實難單靠人力操作控制繫繩之收放，維持該探空氣球停留在預定的升空高度。此外，事後更無從精確判斷其採樣時的確切位置，以致分析結果的準確性不佳，對相關研究的幫助相當有限。

再者，於捲收繫繩的過程中，更因為該探空氣球受到風力推 移時會直接拉扯繫繩，造成繫繩無法被平順地捲收，從而在放長繫繩時，常發生繫繩卡住的情況，操作便利性不佳。

有鑑於此，習知的探空氣球繫留控制裝置確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明提供一種探空氣球繫留控制裝置，可準確控制探空氣球維持停留在預定的升空高度。

本發明提供一種探空氣球繫留控制裝置，可提升收放繫繩之順暢度。

本發明的探空氣球繫留控制裝置，包含：一基座；一捲繞滾筒，該捲繞滾筒可旋轉地設於該基座；一移繩模組，該移繩模組具有一導引轉軸可旋轉地設於該基座，用以帶動一滑座沿著該導引轉軸的軸向往復位移，該導引轉軸的軸向平行於該捲繞滾筒的軸向，該導引轉軸的外環周面設有二個螺旋導槽，該二個螺旋導槽的方向相反且頭尾相連，該滑座設有一穿繩孔、一螺孔及一限位孔，該導引轉軸貫穿及螺合於該螺孔，該螺孔位於該穿繩孔與該限位孔之間，一支桿貫穿該限位孔並固接於該基座；一驅動模組，用以驅動該捲繞滾筒及該導引轉軸旋轉；及一理繩模組，該理繩模組具有一第一延伸件由一樞接部樞接該基座，一第二延伸件的一端連接該第一延伸件，並與該樞接部相距預定的水平距離，一引繩件樞接在該第二延伸件的另一端，數個張力輪設在該第二延伸件的二端之間。

據此，本發明的探空氣球繫留控制裝置，可準確控制探空氣球維持停留在預定的升空高度，從而能夠明確得知各採樣袋採樣時的確切位置，提高分析結果的準確性。此外，本發明的探空氣球繫留控制裝置還可藉由該理繩模組，維持繫繩順暢地向上延伸，即使探空氣球的受風方向突然改變，繫繩仍不會有被大角度拉扯或大幅自轉等情況，可提升收放繫 繩之順暢度，達到提升操作便利性之功效，並藉由該支桿限制該滑座不會翻轉，具有提升該滑座的位移順暢度等功效。

其中，該二個螺旋導槽的節距與用以連接探空氣球的一繫繩的徑寬相同，該繫繩的一端連接固定於該捲繞滾筒的外環周面，另一端穿過該滑座的穿繩孔，再貫穿該第一延伸件的樞接部，並通過該數個張力輪張緊而向上延伸，穿出該引繩件後連接至該探空氣球；具有使繫繩能連續密實而逐層地捲繞於捲繞滾筒上等功效。

其中，該穿繩孔位於該導引轉軸與該捲繞滾筒之間；具有提升導引繫繩順暢捲收或放長等功效。

其中，該驅動模組由一連動組件連動該捲繞滾筒及該導引轉軸旋轉；具有提升操作便利性等功效。

其中，該連動組件由一第一齒輸及一第二齒輪同軸連接該捲繞滾筒，一第三齒輪同軸連接該導引轉軸，一渦桿嚙合該第一齒輪，一鍊條連接該第二齒輪及該第三齒輪；由簡易的結構達成連動效果，具有降低製造成本及提升組裝便利性等功效。

其中，該理繩模組設有一墊高件，該墊高件連接該基座並凸出在該基座的頂部，該墊高件設有一樞接部供該第一延伸件的樞接部樞接。使繫繩較不易磨損，且具有提升捲收或放長繫繩時的順暢度等功效。

其中，該穿繩孔、該第一延伸件的樞接部或該墊高件的樞接部為陶瓷或表面鍍有鐵氟龍的金屬製品；具有避免磨傷繫繩等功效。

1‧‧‧基座

11‧‧‧把手

2‧‧‧捲繞滾筒

3‧‧‧移繩模組

31‧‧‧導引轉軸

311‧‧‧螺旋導槽

32‧‧‧滑座

321‧‧‧穿繩孔

322‧‧‧螺孔

323‧‧‧限位孔

33‧‧‧支桿

4‧‧‧驅動模組

41‧‧‧連動組件

411‧‧‧第一齒輪

412‧‧‧第二齒輪

413‧‧‧第三齒輪

414‧‧‧渦桿

415‧‧‧鍊條

416‧‧‧第四齒輪

42‧‧‧馬達

43‧‧‧馬達控制器

5‧‧‧理繩模組

51‧‧‧第一延伸件

511‧‧‧樞接部

52‧‧‧第二延伸件

53‧‧‧引繩件

54‧‧‧張力輪

55‧‧‧墊高件

551‧‧‧樞接部

B‧‧‧探空氣球

C‧‧‧繫繩

E1‧‧‧控制單元

E2‧‧‧高度量測裝置

E3‧‧‧射頻裝置

E4‧‧‧接收器

E5‧‧‧訊號轉換器

第1圖：本發明一實施例的立體分解結構示意圖。

第2圖：本發明一實施例的立體結構示意圖。

第3圖：本發明一實施例的側剖結構示意圖。

第4圖：本發明一實施例的實施示意圖。

第5圖：本發明一實施例的第一延伸件樞轉後的側剖結構示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1、2圖，其係本發明探空氣球繫留控制裝置的一實施例，該探空氣球繫留控制裝置大致上包含一基座1，及設於該基座1的一捲繞滾筒2、一移繩模組3、一驅動模組4及一理繩模組5。

該基座1係用以供各構件組裝定位者，該基座1之形態可視需求而予以調整，不以本實施例所揭示之圖式為限。在本實施例中，該基座1可以是由多個板片組裝而成的一箱體，以將該捲繞滾筒2、該移繩模組3及該驅動模組4組裝在該基座1中，由該基座1對該些構件提供保護功能；該理繩模組5則可以組裝在該基座1的頂部。又，該基座1可具有預定重量，以對抗探空氣球B(標示於第4圖中)的牽引力而停留於地面。該基座1的側面可設一把手11以便搬抬，該基座1的底部則可設有一輪組(圖未繪示)以利搬動；所述輪組可選用工業級承重腳輪及含有煞車機構的輪組，令操作者能輕易將該基座1搬至操作地點後固定，以迅速完成監測站的架設。

該捲繞滾筒2設於該基座1，該捲繞滾筒2的外環周面可供一繫繩C的一端連接固定，該捲繞滾筒2可受驅動旋轉以捲收或放長該繫繩C，進而控制由該繫繩C連接的探空氣球B(標示於第4圖中)的升空高度。

請參照第2、3圖，該移繩模組3具有一導引轉軸31及一滑座32，該導引轉軸31可旋轉地設於該基座1，用以帶動該滑座32沿著該導引轉軸31的軸向往復位移，該滑座32設有一穿繩孔321供該繫繩C貫 穿，以由該滑座32導引該繫繩C密實而逐層地捲繞於該捲繞滾筒2上。

更詳言之，該導引轉軸31的軸向大致上平行於該捲繞滾筒2的軸向，該導引轉軸31的外環周面上可設有二個螺旋導槽311，該二個螺旋導槽311的方向相反且頭尾相連。該滑座32另設有一螺孔322及一限位孔323，該螺孔322位於該穿繩孔321與該限位孔323之間，該導引轉軸31貫穿及螺合於該螺孔322，一支桿33貫穿該限位孔323並固接於該基座1。

據此，該導引轉軸31受驅動而產生旋轉時，該滑座32可受其中一螺旋導槽311之牽引而產生位移，並藉由該支桿33限制該滑座32不會翻轉，從而能夠平順地沿著該導引轉軸31的軸向位移；且該滑座32位移至該二個螺旋導槽311的頭端或尾端時，可銜接到另一螺旋導槽311而繼續往相反的一端位移，使該滑座32能沿著該導引轉軸31的軸向往復地產生位移。

此外，該導引轉軸31的二個螺旋導槽311的節距(pitch)可設成約與該繫繩C的徑寬相同，且該穿繩孔321位於該導引轉軸31與該捲繞滾筒2之間。據此，該導引轉軸31每轉動一圈，該滑座32即可位移一個繫繩C的徑寬，使該繫繩C得以連續密實而逐層地捲繞於該捲繞滾筒2上。

請參照第1、2圖，該驅動模組4可分別驅動該捲繞滾筒2及該導引轉軸31旋轉，或是由一連動組件41連動該捲繞滾筒2及該導引轉軸31旋轉，使該捲繞滾筒2每轉一圈，該導引轉軸31也約莫旋轉一圈，以維持順暢捲收或放長該繫繩C。

詳言之，在設有該連動組件41的實施例中，可由一第一齒輪411及一第二齒輪412同軸連接該捲繞滾筒2，一第三齒輪413同軸連接該導引轉軸31，一渦桿414嚙合該第一齒輪411，一鍊條415由內圈連 接該第二齒輪412及該第三齒輪413；較佳於該第二齒輪412與該第三齒輪413之間另設一第四齒輪416嚙合在該鍊條415的外圈，使該鍊條415維持張緊狀態。

據此，當該渦桿414被驅動旋轉時，該渦桿414可帶動該第一齒輪411旋轉，從而連動該第二齒輪412，及透過該鍊條415連動該第三齒輪413，達到連動該導引轉軸31的效果。換言之，該渦桿414可通過數個齒輪改變傳動方向，及由齒輪設計達到適當的變速效果，惟此為本領域中具有通常知識者能夠依使用需求而予以變更及調整，於此便不加以詳述。

又，該連動組件41的渦桿414可以由手動驅動或是由一馬達42直接或間接驅動。在由馬達42驅動的實施例中，可利用一馬達控制器43與該馬達42電性連接，以便依據使用需求調控捲收或放長該繫繩C(容後詳述)。

請參照第1、3圖，該理繩模組5包含一第一延伸件51、一第二延伸件52、一引繩件53及數個張力輪54。該第一延伸件51設有一樞接部511以樞設在該基座1的頂部，該第二延伸件52的一端連接該第一延伸件51，並與該樞接部511相距預定的水平距離；該引繩件53樞接在該第二延伸件52的另一端，該數個張力輪54設在該第二延伸件52的二端之間。

據此，該繫繩C穿過該滑座32的穿繩孔321後，可再貫穿該第一延伸件51的樞接部511，並通過該數個張力輪54張緊而向上延伸，最後由該引繩件53穿出並連接至探空氣球B(標示於第4圖中)，從而在該探空氣球B飄動產生造成該繫繩C轉動的情況時，由該第一延伸件51相對於該基座1樞轉，以減緩該繫繩C的轉動情況。

其中，該第一延伸件51與該第二延伸件52可以是相互組裝 的構件，或是一體相連者，本發明並不加以限制。此外，本實施例的理繩模組5還可更進一步地設有一墊高件55，該墊高件55連接該基座1並凸出在該基座1的頂部，該墊高件55設有一樞接部551(例如一軸承)供該第一延伸件51的樞接部511樞接，藉以再提高該第一延伸件51及其以上多個構件相對於該捲繞滾筒2的位置，使該繫繩C捲繞在該捲繞滾筒2上的部位，與該繫繩C穿出該第一延伸件51的樞接部511的部位之間，不至於被大幅地斜向拉引，從而較不易磨損該繫繩C，且可提升捲收或放長該繫繩C的順暢度。又，供繫繩C通過的穿繩孔321及樞接部551、511等處，都可選用陶瓷或表面鍍有鐵氟龍的金屬製品，以提供耐磨和滑順的特性，避免磨傷繫繩C。

請參照第4圖，本發明的探空氣球繫留控制裝置使用時，一端連接固定在捲繞滾筒2的繫繩C，其另一端可連接至一探空氣球B；驅動模組4的馬達控制器43則電連接一控制單元E1(例如一筆電)，以便下達控制該馬達控制器43運作情況的指令。其中，為能偵測該探空氣球B所在的高度，該探空氣球B可攜帶一高度量測裝置E2(例如：GPS裝置或電子高度計)及一射頻裝置E3，該射頻裝置E3耦接設於地面的一接收器E4，利用該射頻裝置E3將該高度量測裝置E2測得的高度值傳回該接收器E4，該接收器E4電連接一訊號轉換器E5，該訊號轉換器E5再電連接該控制單元E1。以及，該馬達控制器43可內含一比例-積分-微分控制器(PID)。

據此，操作者能依據該射頻裝置E3即時回傳的高度值準確地控制該馬達控制器43，從而控制該馬達42的正轉、反轉、加速、減速或調控該馬達42的扭力輸出，以放長或捲收該繫繩C，使該探空氣球B能維持停留在一監測所需的高度、繼續升空、降低高度或拉回地面；或是從該控制單元E1輸入監測所需的升空高度，並由該馬達控制器43動態地比 對該射頻裝置E3所傳回的即時高度值，以對該馬達42輸出脈寬調變電壓，控制該捲繞滾筒2放長、固定或捲收該繫繩C。

請參照第3、5圖，據由前述結構，當該探空氣球B的受風方向突然改變時，該繫繩C會受到拉動及產生轉動；此時，該繫繩C可連動該理繩模組5的第二延伸件52以該第一延伸件51的樞接部511為軸心樞轉，使該繫繩C在較鄰近該捲繞滾筒2的部位能始終維持順暢向上延伸的態樣，而不會有被大角度拉扯的態樣，且該繫繩C也不易發生自轉的情況。如此一來，無論是要捲收或是要放長該繫繩C，都能維持順暢操作。

綜上所述，本發明的探空氣球繫留控制裝置，可準確控制探空氣球維持停留在預定的升空高度，從而能夠明確得知各採樣袋採樣時的確切位置，提高分析結果的準確性。

此外，本發明的探空氣球繫留控制裝置還可藉由該理繩模組，維持繫繩順暢地向上延伸，即使探空氣球的受風方向突然改變，繫繩仍不會有被大角度拉扯或大幅自轉等情況，可提升收放繫繩之順暢度，達到提升操作便利性之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧基座

11‧‧‧把手

2‧‧‧捲繞滾筒

3‧‧‧移繩模組

31‧‧‧導引轉軸

32‧‧‧滑座

321‧‧‧穿繩孔

322‧‧‧螺孔

323‧‧‧限位孔

33‧‧‧支桿

5‧‧‧理繩模組

51‧‧‧第一延伸件

511‧‧‧樞接部

52‧‧‧第二延伸件

53‧‧‧引繩件

54‧‧‧張力輪

55‧‧‧墊高件

551‧‧‧樞接部

C‧‧‧繫繩

Claims (8)

1. 一種探空氣球繫留控制裝置，包含：一基座；一捲繞滾筒，該捲繞滾筒可旋轉地設於該基座；一移繩模組，該移繩模組具有一導引轉軸可旋轉地設於該基座，用以帶動一滑座沿著該導引轉軸的軸向往復位移，該導引轉軸的軸向平行於該捲繞滾筒的軸向，該導引轉軸的外環周面設有二個螺旋導槽，該二個螺旋導槽的方向相反且頭尾相連，該滑座設有一穿繩孔、一螺孔及一限位孔，該導引轉軸貫穿及螺合於該螺孔，該螺孔位於該穿繩孔與該限位孔之間，一支桿貫穿該限位孔並固接於該基座；一驅動模組，用以驅動該捲繞滾筒及該導引轉軸旋轉；及一理繩模組，該理繩模組具有一第一延伸件由一樞接部樞接該基座，一第二延伸件的一端連接該第一延伸件，並與該樞接部相距預定的水平距離，一引繩件樞接在該第二延伸件的另一端，數個張力輪設在該第二延伸件的二端之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之探空氣球繫留控制裝置，其中，該二個螺旋導槽的節距與用以連接探空氣球的一繫繩的徑寬相同，該繫繩的一端連接固定於該捲繞滾筒的外環周面，另一端穿過該滑座的穿繩孔，再貫穿該第一延伸件的樞接部，並通過該數個張力輪張緊而向上延伸，穿出該引繩件後連接至該探空氣球。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之探空氣球繫留控制裝置，其中，該穿繩孔位於該導引轉軸與該捲繞滾筒之間。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之探空氣球繫留控制裝置，其中，該驅動模組由一連動組件連動該捲繞滾筒及該導引轉軸旋轉。
5. 如申請專利範圍第4項所述之探空氣球繫留控制裝置，其中，該連動組 件由一第一齒輪及一第二齒輪同軸連接該捲繞滾筒，一第三齒輪同軸連接該導引轉軸，一渦桿嚙合該第一齒輪，一鍊條連接該第二齒輪及該第三齒輪。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之探空氣球繫留控制裝置，其中，該理繩模組設有一墊高件，該墊高件連接該基座並凸出在該基座的頂部，該墊高件設有一樞接部供該第一延伸件的樞接部樞接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之探空氣球繫留控制裝置，其中，該墊高件的樞接部為陶瓷或表面鍍有鐵氟龍的金屬製品。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之探空氣球繫留控制裝置，其中，該穿繩孔及該第一延伸件的樞接部為陶瓷或表面鍍有鐵氟龍的金屬製品。