本发明提供一种高空乳胶平移探空气球，包括球皮、球柄、连接筒、连接管、排气控制装置和排气管，所述球皮为乳胶材质，所述球皮和所述球柄连接，所述球柄内部装有连接筒，所述连接筒与连接管连接，在连接管下端装有排气控制装置，排气控制装置与排气管连接，排气控制装置可控制球阀，使气球中的气体排出，使气球的上升速度可控，有效延长了气球的工作时长，提升了探空所仪器测量的数据的准确性，经过排气控制装置的调控，最终实现探空气球的平移运行，气球可长时间携带仪器在这个固定的高度工作，为高空气象探测、高空侦察、通讯覆盖等应用领域直接提供载体。
1.一种高空乳胶平移探空气球，包括：球皮、球柄、连接筒、连接管、排气控制装置和排气管，所述球皮和所述球柄连接，所述球柄内部装有连接筒，所述连接筒与连接管连接，在连接管下端装有排气控制装置，排气控制装置与排气管连接，其特征在于：排气控制装置包括：外壳、设置于外壳上端的排气控制装置接入口以及设置于外壳下端的排气控制装置引出口，所述外壳内依次设置有球阀容纳室、电机室、控制室，所述球阀容纳室内设置有用于控制排气的球阀，所述电机室内设置有用于驱动球阀开闭的伺服电机，所述控制室内设置有控制所述伺服电机的控制装置；
所述排气控制装置接入口上端与所述连接管相接，下端与球阀连接，所述球阀下端与排气控制装置引出口相连，所述排气控制装置引出口下端与排气管相连；
所述球阀容纳室内还设置有连接在球阀一侧的可控制球阀开闭的球阀手柄，所述球阀手柄与联轴器相连，所述联轴器与伺服电机相连，所述伺服电机设置在电机室中，在所述电机室下方设有控制室，所述控制室中设有控制主板、GNSS 接收天线和锂电池，所述锂电池与控制主板和 GNSS 接收天线相连，提供所需电力；
所述连接筒由连接筒壁、第一仪器挂载扣、第二仪器挂载扣和连接筒引出接口组成，在所述连接筒壁的中部设有连接筒凹弧槽，所述连接筒引出接口设置在连接筒底面中心处，所述第一仪器挂载扣、第二仪器挂载扣设置在所述连接筒底面上，对称分布在连接筒引出接口两侧；
所述排气控制装置每秒测量一次气球的高度，并计算其上升速度；
所述排气控制装置排气的条件为：气球高度到达其设定平移高度的80％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的90％、气球高度到达其设定平移高度的85％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的70％、气球高度到达其设定平移高度的90％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的40％，气球高度到达其设定平移高度的95％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的10％、气球高度到达其设定平移高度的
99％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的5％；
所述排气控制装置与所述排气对应的停止排气的条件分别为：气球的上升速度减速至气球初始1000米的平均上升速度的90％、气球减速至初始1000米的平均上升速度的70％、气球减速至初始1000米的平均上升速度的40％、气球减速至初始1000米的平均上升速度的
10％、气球减速至初始1000米的平均上升速度的1％。
2.根据权利要求 1 所述的高空乳胶平移探空气球，其特征在于：所述排气控制装置中的电机室和控制室空隙中填充薄珍珠棉保温材。
3.根据权利要求1 所述的高空乳胶平移探空气球，其特征在于：所述连接筒为 PE 管热变形及熔接封头。
4.根据权利要求1所述的高空乳胶平移探空气球，其特征在于：所述连接筒上的连接筒引出接口、第一仪器挂载扣、第二仪器挂载扣与连接筒的连接方式为熔接。
5.根据权利要求1 所述的高空乳胶平移探空气球，其特征在于：所述排气控制装置接入口与所述连接管相连、排气控制装置引出口与排气管相连的连接方式为熔接。
6.根据权利要求1 所述的高空乳胶平移探空气球，其特征在于：所述连接管和排气管均为硅胶软管。
7.根据权利要求1 所述的高空乳胶平移探空气球，其特征在于：所述球皮为乳胶材质，在其中填充的气体为氢气或氦气。
一种高空乳胶平移探空气球
技术领域
[0001] 本发明涉及高空气象探测设备技术领域，尤其是涉及一种高空平移气球。
背景技术
[0002] 高空气象探测试边界层大气研究的重要手段，其主要是通过探空气球携带的探空仪器进行高空气象要素的测量和数据采集。探空气球用于携带各类无线电探空仪器或其他电子设备升空进行温度、大气压力、湿度、风速风向等气象要素测量的气球，在气象学发展和天气预报工作中起到了重要作用。在使用探空气球探测高空大气的过程中，通常需要使探空气球处于不同的高度，以便携带的探空仪器或电子设备能够采集不同高度下的大气数据。但目前高空气象探测领域普遍使用的一次性的探空气球，由气球从地面施放到其在高空爆破，其上升速度是基本恒定的及不受控制的，整个过程一般只有短短的一到两个小时。
[0003] 专利文件201220732719.0中提到了一种可回收的探空气球，其回收防止主要是通过细绳控制其活动范围，虽然通过细绳可以良好的限制探空气球的高度，但也极大的限制了探空气球的活动空间，而且细绳本身比较容易发生断裂或者缠绕，很容易发生探空气球以及相关电子设备的丢失。
[0004] 综上所述，现有技术中不能有效解决在使用探空气球的过程中无法调整气球运行速度、无法实现等高度平移的问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种高空乳胶平移探空气球，以解决在使用探空气球的过程中无法调整气球运行速度、无法实现等高度平移的问题。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0007] 本发明提供的一种探空气球，包括：球皮、球柄、连接筒、连接管、排气控制装置和排气管，其中：
[0008] 所述球皮为乳胶材质，所述球皮和所述球柄连接，所述球柄内部装有连接筒，所述连接筒与连接管连接，在连接管下端装有排气控制装置，排气控制装置与排气管连接；
[0009] 所述的排气控制装置包括：排气控制装置接入口、排气控制装置引出口、排气控制装置外壳、球阀、球阀手柄、联轴器、伺服电机、锂电池、控制主板、GNSS接收天线、电机室、控制室、球阀容纳室。
[0010] 优选的，所述连接筒由连接筒壁、连接筒凹弧槽、第一仪器挂载扣、第二仪器挂载扣和连接筒引出接口组成，所述连接筒为PE管热变形及熔接封头，所述连接筒引出接口、仪器挂载扣为熔接方式连接。
[0011] 优选的，所述排气控制装置中的伺服电机与联轴器相连，联轴器与球阀手柄相连，可控制球阀的开闭；所述排气控制装置上端的排气控制装置接入口与所述连接管下端相连、排气控制装置下端的排气控制装置引出口与排气管上端相连，连接方式为熔接。
[0012] 优选的，所述排气控制装置中的锂电池为控制主板和GNSS接收天线提供电力。
[0013] 优选的，所述第一仪器挂载扣和第二仪器挂载扣用于挂载各类无线电探空仪器或其他电子设备。
[0014] 优选的，所述排气控制装置中的电机室和控制室的空隙中填充薄珍珠棉保温材料。
[0015] 优选的，所述连接管和排气管均为硅胶软管。
[0016] 优选的，所述球皮中填充有氢气或氦气。
[0017] 和现有技术相比较，本发明具有优点如下：
[0018] 1、本发明的高空乳胶平移探空气球，可以通过由球阀控制的排气控制装置调节气球运行速度，有效延长了气球的工作时长，提升了探空所仪器测量的数据的准确性。
[0019] 2、本发明的高空乳胶平移探空气球，可以通过由球阀控制的排气控制装置调节气球运行速度，精确控制至气球停止上升，使气球在高空中处于悬停或水平平移状态，气球长时间携带仪器在这个固定的高度工作，为高空气象探测、高空侦察、通讯覆盖等应用领域直接提供载体。
附图说明
[0020] 图1为本发明高空乳胶平移探空气球的正面图；
[0021] 图2为本发明高空乳胶平移探空气球的立体图；
[0022] 图3为本发明的连接示意图；
[0023] 图4为本发明高空乳胶平移探空气球的连接筒结构的立体图；
[0024] 图5为本发明高空乳胶平移探空气球的连接筒结构的正面图；
[0025] 图6为本发明高空乳胶平移探空气球的排气控制装置结构的正面图；
[0026] 图7为本发明高空乳胶平移探空气球的充气操作流程的示意图。
[0027] 图中：1、乳胶气球，2、球皮，3、球柄，4、连接筒，5、连接管，6、排气控制装置，7、排气管，41、连接筒引出接口，42、连接筒壁，43、连接筒凹弧槽，44、第一仪器挂载扣，45、第二仪器挂载扣，61、排气控制装置接入口，62、排气控制装置引出口，63、球阀，64、球阀手柄，65、联轴器，66、伺服电机，67、锂电池，68、控制主板，69、GNSS接收天线，70、排气控制装置外壁，71、电机室，72、控制室，73、球阀容纳室，101、充气接头，102、充气管道。
具体实施方式
[0028] 下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连；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。对于本领域技术人员来言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0029] 在本发明的描述中，还需要说明的是，术语“上端”、“下端”、“水平”、“竖直”、“内”、“外”、“接入口”、“引出口”等指示的方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0030] 如图1-3所示，一种高空乳胶平移探空气球，包括：球皮2、球柄3、连接筒4、连接管5、排气控制装置6和排气管7，球皮2为乳胶材质，可在其中填充氢气或氦气，球皮2和球柄3连接，球柄3内部装有连接筒4，连接筒4与连接管5相接，在连接管5下端装有排气控制装置
6，排气控制装置6与排气管7连接，所述连接管5和排气管7均为硅胶软管。
[0031] 如图3-6所示，排气控制装置6包括：外壳70、设置于外壳70上端的排气控制装置接入口61以及设置于外壳70下端的排气控制装置引出口62，所述外壳70内依次设置有球阀容纳室73、电机室71、控制室72，所述球阀容纳室73内设置有用于控制排气的球阀63，所述电机室71内设置有用于驱动球阀63开闭的伺服电机66，所述控制室72内设置有控制所述伺服电机66的控制装置。
[0032] 所述排气控制装置接入口61上端与所述连接管5相接，下端与球阀63连接，所述球阀63下端与排气控制装置引出口62相连，所述排气控制装置引出口62下端与排气管7相连。
[0033] 球阀容纳室73内还设置有连接在球阀63一侧的可控制球阀63开闭的球阀手柄64，所述球阀手柄64与联轴器65相连，所述联轴器与伺服电机66相连，所述伺服电机66设置在电机室71中，在所述电机室71下方设有控制室72，所述控制室72中设有控制主板68、GNSS接收天线69和锂电池67，所述锂电池67与控制主板68和GNSS接收天线69相连，提供所需电力。所述排气控制装置电机室71与控制室72空隙中填充薄珍珠棉保温材料。
[0034] 所述连接筒4由连接筒壁42、第一仪器挂载扣44、第二仪器挂载扣45和连接筒引出接口41组成，在所述连接筒壁24的中部设有连接筒凹弧槽43，所述连接筒引出接口41设置在连接筒4底面中心处，所述第一仪器挂载扣44、第二仪器挂载扣45设置在所述连接筒4底面上，对称分布在连接筒引出接口41两侧，用于挂载各类无线电探空仪器或其他电子设备，连接筒4为PE管热变形及熔接封头，连接筒引出接口41、第一仪器挂载扣44、第二仪器挂载扣45与连接筒4的连接方式为熔接。
[0035] 如图4-5所示，一种高空乳胶平移探空气球的连接筒4结构的立体图和正面图，所述连接筒4安装于所述球柄3内部，连接筒壁42与球柄3内壁采用焊接方式连接，保证连接的稳固性，连接筒4下沿与球柄3下沿采用熔接方式连接，保证其密闭性，所述连接筒凹弧槽43的设置可稳定连接筒4内外的气压平衡，防止压差过大造成连接筒4稳固性出现问题，延长了连接筒4的使用寿命，所述第一仪器挂载扣44和第二仪器挂载扣45用于挂载各类无线电探空仪器或其他电子设备。
[0036] 如图6所示，一种高空乳胶平移探空气球的排气控制装置6，伺服电机66工作带动联轴器65转动，联轴器65连接球阀手柄64控制球阀63的开闭，实现气体的排出。
[0037] 动态实施过程：在使用本发明实施例提供的探空气球之前，需要先进行乳胶气球1释放前的充气及准备工作：如图7所示，图为充气操作流程的正面图，步骤如下：
[0038] 1、GNSS信号测试，把排气控制装置6的锂电池67插头接入控制主板68通电，并把排气控制装置6放到开阔的露天环境30秒以上，控制主板68的红色信号灯闪烁代表GNSS信号已成功获取并且定位精度因子已达到可接受的范围。
[0039] 2、球阀63开关测试，GNSS信号就绪后，按下测试按钮，伺服电机66打开及关闭两次，检查联轴器65、球阀手柄64、球阀63是否作用到位。
[0040] 3、乳胶气球1充气，乳胶气球1内的空气尽量排出后，把充气接头101与连接管5连接并充入气体，气体通过充气管道102充入乳胶气球1中，当充入的气体提供的升力达到要求时，把连接管5接回到排气控制装置接入口61。
[0041] 本发明实施例提供了一种高空乳胶平移探空气球，气球的使用过程如下：乳胶气球1通过连接管5充入氢气、氦气等低密度气体后，乳胶气球1的球皮2张力会使球内与球外形成约0.5kPa-2kPa的压力差，排气控制装置6就是靠这个压力差排出气体。乳胶气球1因充入气体获得升力携带排气控制装置6及仪器(通过细绳连接于第一挂载扣44、第二挂载扣45)升空。乳胶气球1的排气控制装置6每秒测量一次乳胶气球1的高度，并计算其上升速度。
[0042] 当乳胶气球1高度到达其设定平移高度的80％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的90％时，排气控制装置6的伺服电机66通过连轴器65打开球阀63进行排气，此时乳胶气球1的上升速度开始减慢,减速至乳胶气球1初始1000米的平均上升速度的90％时停止排气。当乳胶气球1高度到达其设定平移高度的85％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的70％时，排气控制装置6控制球阀63打开进行排气，乳胶气球1减速至初始1000米的平均上升速度的70％时停止排气。当乳胶气球1高度到达其设定平移高度的90％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的40％时，排气控制装置6控制球阀
63打开排气，乳胶气球1减速至初始1000米的平均上升速度的40％时停止排气。当乳胶气球
1高度到达其设定平移高度的95％及上升速度不小于其初始1000米的平均上升速度的10％时，排气控制装置6控制球阀63打开排气，乳胶气球1减速至初始1000米的平均上升速度的
10％时停止排气。当乳胶气球1高度到达其设定平移高度的99％及上升速度不小于其初始
1000米的平均上升速度的5％时，排气控制装置6控制球阀63打开排气，此时乳胶气球1减速至初始1000米的平均上升速度的1％，。此时乳胶气球1的上升或下降速度接近零，乳胶气球
1达到了其所设定的平移高度。气球稳定在其设定的平移高度后，排气控制装置6程序锁定输出，此后不会再有任何排气动作。
[0043] 当然，上述实施例仅仅是本发明优选的实施方式，实际应用时，本发明还有更多的改变，例如，排气控制装置6程序的写入，针对不同探空高度的设定，可以写入不同的控制程序，诸如此类的显而易见的等效变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。
