探空气球系留控制装置的制作方法

本发明关于一种探空气球系留控制装置，尤其是一种可用以控制探空气球的系绳收放的探空气球系留控制装置。

背景技术：

近年來因空气污染问题导致全球气候变迁、自然灾害不断，使得大气环境污染探测与自然灾害监控的课题日渐受到重视。

探测大气环境最常使用的方式就是使用探空气球，探空气球的下方系有一个气象探空仪，并由一根系绳连接至地面的一个控制装置，利用该控制装置控制该系绳的收放，从而控制该探空气球的升空高度，以于该探空气球带着该气象探空仪升降的过程中，由该气象探空仪测得大气的压力、高度、温度、湿度等数据。此外，还可在该系绳上间隔设有可定时控制的小马达和采样袋，于该探空气球上升至最终高度后，由系于不同高度上的小马达同步进行抽气采样。因此，取下采样袋后，即可对采样地的o3、nox、so2、nmhc、co等污染物进行浓度分析。

然而，由于探空气球在空中易受到风力不定时且不定向地推移，故使用现有的探空气球系留控制装置，实难单靠人力操作控制系绳的收放，维持该探空气球停留在预定的升空高度。此外，事后更无从精确判断其采样时的确切位置，以致分析结果的准确性不佳，对相关研究的帮助相当有限。

再者，于卷收系绳的过程中，更因为该探空气球受到风力推移时会直接拉扯系绳，造成系绳无法被平顺地卷收，从而在放长系绳时，常发生系绳卡住的情况，操作便利性不佳。

有鉴于此，现有的探空气球系留控制装置确实仍有加以改善之必要。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种探空气球系留控制装置，可准确控制探空气球维持停留在预定的升空高度。

本发明提供一种探空气球系留控制装置，可提升收放系绳的顺畅度。

本发明的探空气球系留控制装置，包括：一个基座；一个卷绕滚筒，该卷绕滚筒可旋转地设于该基座；一个移绳模块，该移绳模块具有一个导引转轴及一个滑座，该导引转轴可旋转地设于该基座，用以带动该滑座沿着该导引转轴的轴向往复位移，该滑座设有一个穿绳孔；一个驱动模块，用以驱动该卷绕滚筒及该导引转轴旋转；及一个理绳模块，该理绳模块具有一个第一延伸件，该第一延伸件由一个枢接部枢接该基座，一个第二延伸件的一端连接该第一延伸件，并与该枢接部相距预定的水平距离，一个引绳件枢接在该第二延伸件的另一端，多个张力轮设在该第二延伸件的两端之间。

因此，本发明的探空气球系留控制装置，可准确控制探空气球维持停留在预定的升空高度，从而能够明确得知各采样袋采样时的确切位置，提高分析结果的准确性。此外，本发明的探空气球系留控制装置还可借助该理绳模块，维持系绳顺畅地向上延伸，即使探空气球的受风方向突然改变，系绳仍不会有被大角度拉扯或大幅自转等情况，可提升收放系绳的顺畅度，达到提升操作便利性的目的。

其中，该导引转轴的轴向平行于该卷绕滚筒的轴向，该导引转轴的外环周面设有两个螺旋导槽，该两个螺旋导槽的方向相反且头尾相连；该滑座设有一个螺孔，该导引转轴贯穿并螺合于该螺孔。通过简易的结构，达到使该滑座沿着该导引转轴的轴向往复位移的目的，具有提升制造及组装便利性等功效。

其中，该滑座设有一个限位孔，该螺孔位于该穿绳孔与该限位孔之间，一个支杆贯穿该限位孔并固接于该基座。通过该支杆限制该滑座不会翻转，具有提升该滑座的位移顺畅度等功效。

其中，该两个螺旋导槽的节距与用以连接探空气球的系绳的径宽相同，该系绳的一端连接固定于该卷绕滚筒的外环周面，另一端穿过该滑座的穿绳孔，再贯穿该第一延伸件的枢接部，并通过该多个张力轮张紧而向上延伸，穿出该引绳件后连接至该探空气球；具有使系绳能连续密实而逐层地卷绕于卷绕滚筒上等功效。

其中，该穿绳孔位于该导引转轴与该卷绕滚筒之间；具有提升导引系绳顺畅卷收或放长等功效。

其中，该驱动模块由一个连动组件连动该卷绕滚筒及该导引转轴旋转；具有提升操作便利性等功效。

其中，该连动组件由一个第一齿轮及一个第二齿轮同轴连接该卷绕滚筒，一个第三齿轮同轴连接该导引转轴，一个蜗杆啮合该第一齿轮，一个链条连接该第二齿轮及该第三齿轮；通过简易的结构实现连动效果，具有降低制造成本及提升组装便利性等功效。

其中，该理绳模块设有一个垫高件，该垫高件连接该基座并凸出在该基座的顶部，该垫高件设有一个枢接部，该枢接部供该第一延伸件的枢接部枢接。使系绳较不易磨损，且具有提升卷收或放长系绳时的顺畅度等功效。

其中，该穿绳孔、该第一延伸件的枢接部或该垫高件的枢接部为陶瓷或表面镀有聚四氟乙烯的金属制品；具有避免磨伤系绳等功效。

本发明的有益效果是：

本发明的探空气球系留控制装置，可准确控制探空气球维持停留在预定的升空高度，从而能够明确得知各采样袋采样时的确切位置，提高分析结果的准确性。

此外，本发明的探空气球系留控制装置还可通过该理绳模块，维持系绳顺畅地向上延伸，即使探空气球的受风方向突然改变，系绳仍不会有被大角度拉扯或大幅自转等情况，可提升收放系绳的顺畅度，达到提升操作便利性的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1：本发明一实施例的立体分解结构示意图；

图2：本发明一实施例的立体结构示意图；

图3：本发明一实施例的侧剖结构示意图；

图4：本发明一实施例的实施示意图；

图5：本发明一实施例的第一延伸件枢转后的侧剖结构示意图。

附图标记说明

1基座11把手

2卷绕滚筒

3移绳模块31导引转轴

311螺旋导槽32滑座

321穿绳孔322螺孔

323限位孔33支杆

4驱动模块41连动组件

411第一齿轮412第二齿轮

413第三齿轮414蜗杆

415链条416第四齿轮

42马达43马达控制器

5理绳模块51第一延伸件

511枢接部52第二延伸件

53引绳件54张力轮

55垫高件551枢接部

b探空气球c系绳

e1控制单元e2高度量测装置

e3射频装置e4接收器

e5信号转换器。

具体实施方式

为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特根据本发明的较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

请参照图1、2，其是本发明探空气球系留控制装置的一个实施例，该探空气球系留控制装置大致上包括一个基座1，及设于该基座1的一个卷绕滚筒2、一个移绳模块3、一个驱动模块4及一个理绳模块5。

该基座1是用以供各构件组装定位的，该基座1的形态可视需求而予以调整，不以本实施例所公开的附图为限。在本实施例中，该基座1可以是由多个板片组装而成的一个箱体，以将该卷绕滚筒2、该移绳模块3及该驱动模块4组装在该基座1中，由该基座1对上述构件提供保护功能；该理绳模块5则可以组装在该基座1的顶部。另外地，该基座1可具有预定重量，以对抗探空气球b（标示于图4中）的牵引力而停留于地面。该基座1的侧面可设一个把手11以便搬抬，该基座1的底部则可设有一个轮组（图未绘示）以利搬动；所述轮组可选用工业级承重脚轮及含有刹车机构的轮组，使操作者能轻易将该基座1搬至操作地点后固定，以迅速完成监测站的架设。

该卷绕滚筒2设于该基座1内，该卷绕滚筒2的外环周面可供系绳c的一端连接固定，该卷绕滚筒2可受驱动旋转以卷收或放长该系绳c，进而控制由该系绳c连接的探空气球b（标示于图4中）的升空高度。

请参照图2、3，该移绳模块3具有一个导引转轴31及一个滑座32，该导引转轴31可旋转地设于该基座1内，用以带动该滑座32沿着该导引转轴31的轴向往复位移，该滑座32设有一个穿绳孔321供该系绳c贯穿，以由该滑座32导引该系绳c密实而逐层地卷绕于该卷绕滚筒2上。

更详言之，该导引转轴31的轴向大致上平行于该卷绕滚筒2的轴向，该导引转轴31的外环周面上可设有两个螺旋导槽311，该两个螺旋导槽311的方向相反且头尾相连。该滑座32还设有一个螺孔322及一个限位孔323，该螺孔322位于该穿绳孔321与该限位孔323之间，该导引转轴31贯穿并螺合于该螺孔322，一个支杆33贯穿该限位孔323并固接于该基座1。

因此，该导引转轴31受驱动而产生旋转时，该滑座32可受其中一个螺旋导槽311的牵引而产生位移，并通过该支杆33限制该滑座32不会翻转，从而能够平顺地沿着该导引转轴31的轴向位移；且该滑座32位移至该两个螺旋导槽311的头端或尾端时，可衔接到另一个螺旋导槽311而继续往相反的一端位移，使该滑座32能沿着该导引转轴31的轴向往复地产生位移。

此外，该导引转轴31的两个螺旋导槽311的节距（pitch）可设成约与该系绳c的径宽相同，且该穿绳孔321位于该导引转轴31与该卷绕滚筒2之间。因此，该导引转轴31每转动一圈，该滑座32即可位移一个系绳c的径宽，使该系绳c得以连续密实而逐层地卷绕于该卷绕滚筒2上。

请参照图1、2，该驱动模块4可分别驱动该卷绕滚筒2及该导引转轴31旋转，或是由一个连动组件41连动该卷绕滚筒2及该导引转轴31旋转，使该卷绕滚筒2每转一圈，该导引转轴31也大概旋转一圈，以顺畅卷收或放长该系绳c。

详言之，在设有该连动组件41的实施例中，可由一个第一齿轮411及一个第二齿轮412同轴连接该卷绕滚筒2，一个第三齿轮413同轴连接该导引转轴31，一个蜗杆414啮合该第一齿轮411，一个链条415由内圈连接该第二齿轮412及该第三齿轮413；较佳于该第二齿轮412与该第三齿轮413之间另外设一个第四齿轮416啮合在该链条415的外圈，使该链条415维持张紧状态。

因此，当该蜗杆414被驱动旋转时，该蜗杆414可带动该第一齿轮411旋转，从而连动该第二齿轮412，及通过该链条415连动该第三齿轮413，达到连动该导引转轴31的目的。换言之，该蜗杆414可通过多个齿轮改变传动方向，及由齿轮设计达到适当的变速效果，但是此为本领域技术人员能够根据使用需求而予以变更及调整的，于此便不加以详述。

另外地，该连动组件41的蜗杆414可以由手动驱动或是由一个马达42直接或间接驱动。在由马达42驱动的实施例中，可利用一个马达控制器43与该马达42电性连接，以便依据使用需求调控卷收或放长该系绳c（容后详述）。

请参照图1、3，该理绳模块5包括一个第一延伸件51、一个第二延伸件52、一个引绳件53及多个张力轮54。该第一延伸件51设有一个枢接部511以枢设在该基座1的顶部，该第二延伸件52的一端连接该第一延伸件51，并与该枢接部511相距预定的水平距离；该引绳件53枢接在该第二延伸件52的另一端，该多个张力轮54设在该第二延伸件52的两端之间。

因此，该系绳c穿过该滑座32的穿绳孔321后，可再贯穿该第一延伸件51的枢接部511，并通过该多个张力轮54张紧而向上延伸，最后由该引绳件53穿出并连接至探空气球b（标示于图4中），从而在该探空气球b飘动产生造成该系绳c转动的情况时，由该第一延伸件51相对于该基座1枢转，以减缓该系绳c的转动情况。

其中，该第一延伸件51与该第二延伸件52可以是相互组装的构件，或是一体相连，本发明并不加以限制。此外，本实施例的理绳模块5还可更进一步地设有一个垫高件55，该垫高件55连接该基座1并凸出在该基座1的顶部，该垫高件55设有一个枢接部551（例如一个轴承）,该枢接部551供该第一延伸件51的枢接部511枢接，以此再提高该第一延伸件51及其以上多个构件相对于该卷绕滚筒2的位置，使该系绳c卷绕在该卷绕滚筒2上的部位，与该系绳c穿出该第一延伸件51的枢接部511的部位之间，不至于被大幅地斜向拉引，从而较不易磨损该系绳c，且可提升卷收或放长该系绳c的顺畅度。另外地，供系绳c通过的穿绳孔321及枢接部551、511等处，都可选用陶瓷或表面镀有聚四氟乙烯的金属制品，以提供耐磨和滑顺的特性，避免磨伤系绳c。

请参照图4，本发明的探空气球系留控制装置使用时，一端连接固定在卷绕滚筒2的系绳c，其另一端可连接至一个探空气球b；驱动模块4的马达控制器43则电连接一个控制单元e1（例如一台笔记本电脑），以便下达控制该马达控制器43运作情况的指令。其中，为能侦测该探空气球b所在的高度，该探空气球b可携带一个高度量测装置e2（例如：gps装置或电子高度计）及一个射频装置e3，该射频装置e3耦接设于地面的一个接收器e4，利用该射频装置e3将该高度量测装置e2测得的高度值传回该接收器e4，该接收器e4电连接一个信号转换器e5，该信号转换器e5再电连接该控制单元e1。另外，该马达控制器43可内含一个比例-积分-微分控制器（pid）。

因此，操作者能依据该射频装置e3实时回传的高度值准确地控制该马达控制器43，从而控制该马达42的正转、反转、加速、减速或调控该马达42的扭力输出，以放长或卷收该系绳c，使该探空气球b能维持停留在监测所需的高度、继续升空、降低高度或拉回地面；或是从该控制单元e1输入监测所需的升空高度，并由该马达控制器43动态地比对该射频装置e3所传回的实时高度值，以对该马达42输出脉宽调变电压，控制该卷绕滚筒2放长、固定或卷收该系绳c。

请参照图3、5，根据前述结构，当该探空气球b的受风方向突然改变时，该系绳c会受到拉动及产生转动；此时，该系绳c可连动该理绳模块5的第二延伸件52以该第一延伸件51的枢接部511为轴心枢转，使该系绳c在较邻近该卷绕滚筒2的部位能始终维持顺畅向上延伸的状态，而不会有被大角度拉扯的情况，且该系绳c也不易发生自转的情况。如此一来，无论是要卷收或是要放长该系绳c，都能维持顺畅操作。

综上所述，本发明的探空气球系留控制装置，可准确控制探空气球维持停留在预定的升空高度，从而能够明确得知各采样袋采样时的确切位置，提高分析结果的准确性。

此外，本发明的探空气球系留控制装置还可通过该理绳模块，维持系绳顺畅地向上延伸，即使探空气球的受风方向突然改变，系绳仍不会有被大角度拉扯或大幅自转等情况，可提升收放系绳的顺畅度，达到提升操作便利性的目的。