本發(fā)明屬于氣象設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種可定點(diǎn)監(jiān)測(cè)的探空氣球的使用方法。
背景技術(shù)：
高空氣象探測(cè)是通過探空氣球攜帶的探空儀進(jìn)行高空氣象數(shù)據(jù)采集，探空氣球通過采用氫氣或者氦氣作為填充氣體；
中國(guó)除香港一個(gè)氣象臺(tái)站外（進(jìn)口芬蘭vaisala公司AUTOSONDE系統(tǒng)），所有的高空氣象探測(cè)側(cè)臺(tái)站，探空氣球的充氣，均為手工操作。世界上也只有歐美等少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家配備了無人高空氣象探測(cè)站。到目前為止，能研制出大氣探測(cè)自動(dòng)充、放氣球裝置的國(guó)家只有芬蘭。要實(shí)現(xiàn)無人高空氣象探測(cè)，首先要解決的不僅是探空氣球自動(dòng)充氣，同時(shí)還有探空氣球的自動(dòng)恒壓排氣；
探空氣球是人類研究平流層的重要工具，在氣象學(xué)發(fā)展和天氣預(yù)報(bào)工作中起到了重要作用；探空氣球一般攜帶各類無線電探空儀或其他電子設(shè)備升空，在做到探空氣球自動(dòng)充氣的同時(shí)，也要做到探空氣球的自動(dòng)排氣限高和限速；
因?yàn)樵诖髿猸h(huán)境中，特別是高空，其氣壓大小和氣流是及其不穩(wěn)定的，探空氣球內(nèi)的氣體壓力也比較高，加上探空氣球本身充氣后，氣囊壁面會(huì)比較薄，如果氣球在一直上升過程中，不對(duì)氣球內(nèi)氣壓進(jìn)行調(diào)整的話，很容易因?yàn)闅鈮鹤兓^大而發(fā)生破裂，導(dǎo)致探空儀等貴重電子設(shè)備的損壞，甚至?xí)l(fā)生無法回收的情況，同時(shí)探空氣球在釋放到空中后，如果通過調(diào)整氣壓對(duì)探空氣球的浮力進(jìn)行調(diào)整，會(huì)發(fā)生探空氣球一直上升的情況，如果不加以控制，很難保證氣球位于最佳的觀測(cè)高度，同時(shí)如果氣球一直上升，最后不僅會(huì)導(dǎo)致探空氣球的破裂，同時(shí)因?yàn)楦呖諝饬魉俣容^快，也很容易發(fā)生探空氣球的丟失；為了防止上述情況的發(fā)生，一般會(huì)在探空氣球內(nèi)安裝一個(gè)與電子高度計(jì)聯(lián)動(dòng)的泄壓閥，對(duì)氣球的壓力進(jìn)行控制；
ZL201220732719.0中提到了一種可回收的探空氣球，其回收防止主要是通過細(xì)繩控制其活動(dòng)范圍，雖然通過細(xì)繩可以良好的限制探空氣球的高度，但也極大的限制了探空氣球的活動(dòng)空間，而且細(xì)繩本身比較容易發(fā)生斷裂或者纏繞，很容易發(fā)生探空氣球以及相關(guān)電子設(shè)備的丟失；
ZL200920044465.1中提出了一套探空氣球自動(dòng)回收、自動(dòng)充氣、自動(dòng)放空的裝置，雖然其相比于先前專利文獻(xiàn)中的探空氣球取消了細(xì)繩這個(gè)部件，放大了探空氣球的活動(dòng)空間，同時(shí)通過一些氣球的氣壓和導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)設(shè)備和傳感器的配合提高了對(duì)探空氣球的控制能力，但是電子設(shè)備本身質(zhì)量比較大，會(huì)給探空氣球的負(fù)載能力帶來一定的考驗(yàn)，同時(shí)高空的氣溫比較低，很難保證這些傳感器能否正常工作，一旦傳感器發(fā)生失靈，還是會(huì)導(dǎo)致探空氣球的失控、丟失或丟失，給觀測(cè)站帶來一定的維護(hù)負(fù)擔(dān)。
現(xiàn)有的探空氣球多數(shù)只考慮了上升到一定高度后，球內(nèi)氣壓過高，需要放氣，但是卻沒有考慮回收時(shí)，球內(nèi)的氣壓過低，容易墜落。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明需要解決的問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的沒有考慮放氣后回收易墜落的不足，而提供一種可以自動(dòng)放氣，且放氣后回收時(shí)不會(huì)墜落的探空氣球。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種可定點(diǎn)監(jiān)測(cè)的探空氣球的使用方法，包括以下步驟：
一、組裝探空氣球，探空氣球包括充有氫氣和氦氣的氣囊，還包括充氣放氣組件、側(cè)向推力組件和動(dòng)力補(bǔ)償組件、高度傳感器和控制器，控制器內(nèi)集成有GPS定位模塊，控制器分別與高度傳感器、充氣放氣組件和動(dòng)力補(bǔ)償組件連接；
充氣放氣組件包括充放氣口、電磁閥、內(nèi)置壓力傳感器、外置壓力傳感器，電磁閥、內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器均與控制器連接，充放氣口設(shè)于氣囊上，充放氣口上設(shè)有電磁閥，內(nèi)置壓力傳感器設(shè)于氣囊內(nèi)，外置壓力傳感器設(shè)于氣囊外；
動(dòng)力補(bǔ)償組件包括電動(dòng)機(jī)和螺旋翼，電動(dòng)機(jī)通過安裝架固定在氣囊的下方，螺旋翼安裝在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上，電動(dòng)機(jī)與控制器連接；
側(cè)向推力組件包括，設(shè)置在安裝架側(cè)面的螺旋槳，螺旋槳的轉(zhuǎn)軸與氣囊的縱軸垂直，螺旋槳的數(shù)量為4個(gè)，均布在安裝架的四周，螺旋槳通過電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，
所述的控制器，用于接收內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器傳送的壓力信號(hào)和高度傳感器反饋的高度信號(hào)，并根據(jù)內(nèi)外壓差的變化和高度信號(hào)控制電磁閥或電動(dòng)機(jī)的打開或關(guān)閉；
二、打開電磁閥，對(duì)氣囊充氣，充氣完成后關(guān)閉電磁閥；
三、探空氣球升空，內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號(hào)傳送給控制器，內(nèi)外壓差超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器打開電磁閥，進(jìn)行自動(dòng)排壓，內(nèi)外壓差到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器關(guān)閉電磁閥；
四、探空氣球升空過程中，高度傳感器將檢測(cè)到的探空氣球的高度信號(hào)反饋給控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的高度值打開電磁閥，進(jìn)行放氣，使探空氣球停留在該高度，不再上升，
五、GPS定位模塊將檢測(cè)到位置信號(hào)反饋給控制器，當(dāng)探空氣球偏離預(yù)設(shè)目的位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，將探空氣球推至預(yù)設(shè)目的位置；
六、探空氣球回收時(shí)，打開電磁閥進(jìn)行放氣，內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號(hào)傳送給控制器，內(nèi)外壓差低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器打開電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋翼為探空氣球提供補(bǔ)償動(dòng)力，
七、通過GPS定位模塊提供的探空氣球的精確位置找回探空氣球。
氣囊上覆蓋有防護(hù)網(wǎng)。
氣囊上設(shè)有太陽(yáng)能電池板和蓄電池，太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，并儲(chǔ)存于蓄電池中，再由蓄電池為電動(dòng)機(jī)、控制器和電磁閥供電。
螺旋翼由鈦合金材料制成。
螺旋翼的直徑小于等于氣囊的直徑。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1、克服了探空氣球在升空過程中，球內(nèi)壓力越來越大，容易炸裂的缺陷，通過控制器、電磁閥、內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器之間相互配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排壓，能夠有效避免氣囊因內(nèi)部氣壓過大而導(dǎo)致破裂。
2、在探空氣球回收過程中，由于放氣，浮力逐漸減小，再加上氣象數(shù)據(jù)測(cè)量裝置的負(fù)重，下降的速度會(huì)越來越快，存在墜落的危險(xiǎn)，內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號(hào)傳送給控制器，內(nèi)外壓差低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器打開電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋翼為探空氣球提供補(bǔ)償動(dòng)力，防止墜毀。
3、高度傳感器可以輔助控制探空氣球所在的高度，利于數(shù)據(jù)的精確采集；
4、GPS定位模塊將檢測(cè)到位置信號(hào)反饋給控制器，當(dāng)探空氣球偏離預(yù)設(shè)目的位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，將探空氣球推至預(yù)設(shè)目的位置；
5、在回收探空氣球時(shí)GPS定位模塊和側(cè)向推力組件相互配合，可以將探空氣球移至指定位置附近，方便回收。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的探空氣球的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1-氣囊，2-充放氣口，3-電磁閥，4-內(nèi)置壓力傳感器，5-外置壓力傳感器，6-電動(dòng)機(jī)，7-螺旋翼，8-高度傳感器，9-側(cè)向推力組件。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
如圖1所示，一種可定點(diǎn)監(jiān)測(cè)的探空氣球的使用方法，包括以下步驟：
一、組裝探空氣球，探空氣球包括充有氫氣和氦氣的氣囊，還包括充氣放氣組件、側(cè)向推力組件和動(dòng)力補(bǔ)償組件、高度傳感器和控制器，控制器內(nèi)集成有GPS定位模塊，控制器分別與高度傳感器、充氣放氣組件和動(dòng)力補(bǔ)償組件連接；
充氣放氣組件包括充放氣口、電磁閥、內(nèi)置壓力傳感器、外置壓力傳感器，電磁閥、內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器均與控制器連接，充放氣口設(shè)于氣囊上，充放氣口上設(shè)有電磁閥，內(nèi)置壓力傳感器設(shè)于氣囊內(nèi)，外置壓力傳感器設(shè)于氣囊外；
動(dòng)力補(bǔ)償組件包括電動(dòng)機(jī)和螺旋翼，電動(dòng)機(jī)通過安裝架固定在氣囊的下方，螺旋翼安裝在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上，電動(dòng)機(jī)與控制器連接；
側(cè)向推力組件包括，設(shè)置在安裝架側(cè)面的螺旋槳，螺旋槳的轉(zhuǎn)軸與氣囊的縱軸垂直，螺旋槳的數(shù)量為4個(gè)，均布在安裝架的四周，螺旋槳通過電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，
所述的控制器，用于接收內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器傳送的壓力信號(hào)和高度傳感器反饋的高度信號(hào)，并根據(jù)內(nèi)外壓差的變化和高度信號(hào)控制電磁閥或電動(dòng)機(jī)的打開或關(guān)閉；
二、打開電磁閥，對(duì)氣囊充氣，充氣完成后關(guān)閉電磁閥；
三、探空氣球升空時(shí)，內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號(hào)傳送給控制器，內(nèi)外壓差超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器打開電磁閥，進(jìn)行自動(dòng)排壓，內(nèi)外壓差到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器關(guān)閉電磁閥；
四、探空氣球升空過程中，高度傳感器將檢測(cè)到的探空氣球的高度信號(hào)反饋給控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的高度值打開電磁閥，進(jìn)行放氣，使探空氣球停留在該高度，不再上升，
五、GPS定位模塊將檢測(cè)到位置信號(hào)反饋給控制器，當(dāng)探空氣球偏離預(yù)設(shè)目的位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，將探空氣球推至預(yù)設(shè)目的位置；
六、探空氣球回收時(shí)，打開電磁閥進(jìn)行放氣，內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號(hào)傳送給控制器，內(nèi)外壓差低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器打開電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋翼為探空氣球提供補(bǔ)償動(dòng)力，
七、通過GPS定位模塊提供的探空氣球的精確位置找回探空氣球。
氣囊上覆蓋有防護(hù)網(wǎng)。
氣囊上設(shè)有太陽(yáng)能電池板和蓄電池，太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，并儲(chǔ)存于蓄電池中，再由蓄電池為電動(dòng)機(jī)、控制器和電磁閥供電。
螺旋翼由鈦合金材料制成。
螺旋翼的直徑小于等于氣囊的直徑。
使用時(shí)：
探空氣球在升空過程中，球內(nèi)壓力越來越大，容易炸裂的缺陷，內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號(hào)傳送給控制器，內(nèi)外壓差超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器打開電磁閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排壓，內(nèi)外壓差到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器關(guān)閉電磁閥，能夠有效避免氣囊因內(nèi)部氣壓過大而導(dǎo)致破裂。
探空氣球升空過程中，高度傳感器將檢測(cè)到的探空氣球的高度信號(hào)反饋給控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的高度值打開電磁閥，進(jìn)行放氣，使探空氣球停留在該高度，不再上升。
高空中風(fēng)很大，探空氣球在上升過程中很容易被吹離目的位置，偏離后無法檢測(cè)目的位置的氣象數(shù)據(jù)，GPS定位模塊將檢測(cè)到位置信號(hào)反饋給控制器，當(dāng)探空氣球偏離預(yù)設(shè)目的位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)側(cè)的螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，將探空氣球推至預(yù)設(shè)目的位置，在回收探空氣球時(shí)GPS定位模塊和側(cè)向推力組件相互配合，可以將探空氣球移至指定位置附近，方便回收。
探空氣球在回收過程中，由于放氣，浮力逐漸減小，再加上氣象數(shù)據(jù)測(cè)量裝置的負(fù)重，所以在下降的過程中，下降的速度會(huì)越來越快，存在墜落的危險(xiǎn)，內(nèi)置壓力傳感器和外置壓力傳感器將壓力信號(hào)傳送給控制器，內(nèi)外壓差低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器打開電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋翼為探空氣球提供補(bǔ)償動(dòng)力，防止墜毀。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。