一种用于浮空平台的电场与磁场就位探测设备

本发明属于气球浮空平台和电磁场探测设备技术领域，具体涉及一种用于浮空平台的电场与磁场就位探测设备。

背景技术：

气象气球测量电场主要是利用磨式电场仪测量垂直电场，球型探针电场仪也有应用，一般也主要是垂直电场。利用气球平台对临近空间进行科学探测，需要同时测量三维电场和磁场的扰动。气球平台具有不稳定性，必须有相应的矢量指向测量数据，校正这种不稳定性。一般的做法是将电场和磁场传感器与气球舱体集成，并在舱体内测量矢量指向，这种情况下传感器容易受干扰，而且指向传递上存在较大的误差，对于矢量数据准确度造成较为严重影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为适应气球浮空平台上获取高质量矢量电场和磁场数据的需求，设计一种具有展开收拢功能的，可远离气球舱体安装的电场与磁场探测设备。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于浮空平台的电场与磁场就位探测设备，其包括：

承力杆、电场仪伸杆、磁强计伸杆、平台、标量磁场传感器、矢量磁场传感器、矢量指向位置传感器、四个电场球型探针、承力杆上活塞、承力杆下活塞、承力杆内部弹簧、第二电场仪伸杆、第三电场仪伸杆和第四电场仪伸杆；

承力杆内部为中空结构，并在承力杆内安装承力杆内部弹簧，承力杆内部弹簧弹性连接承力杆上活塞和承力杆下活塞；承力杆上活塞设置第一电场仪伸杆和第二电场仪伸杆，承力杆下活塞设置第三电场仪伸杆和第四电场仪伸杆；第一电场仪伸杆、第二电场仪伸杆、第三电场仪伸杆和第四电场仪伸杆上分别安装电场球型探针；磁强计伸杆平行安装在承力杆的一侧，且其上设置标量磁场传感器、矢量磁场传感器、矢量指向位置传感器；承力杆和磁强计伸杆均安装在平台上。

作为上述技术方案的改进之一，第一电场仪伸杆和第二电场仪伸杆均转动连接承力杆上活塞，实现第一电场仪伸杆和第二电场仪伸杆的收拢和展开；第三电场仪伸杆和第四电场仪伸杆均弹性连接承力杆下活塞，使第三电场仪伸杆和第四电场仪伸杆的收拢和展开。

作为上述技术方案的改进之一，所述探测设备采用碳纤维和铝、铜、钛等无磁材料制成。

作为上述技术方案的改进之一，所述平台上设有前置信号处理电路，用于分别连接标量磁场传感器、矢量磁场传感器、矢量指向位置传感器和四个电场球型探针，并处理标量磁场传感器、矢量磁场传感器、矢量指向位置传感器和四个电场球型探针采集的信号和数据。

作为上述技术方案的改进之一，所述矢量磁场传感器和矢量指向位置传感器刚性连接。

作为上述技术方案的改进之一，所述探测设备安装在浮空气球和气球舱之间，依靠浮空气球的升力和气球舱的重力实现展开。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明的设备中，电场和磁场探测不受气球舱13的干扰，并且处于空间上的同点，可以有效高探测精度和数据的科学价值；四个电场仪伸杆均可实现伸缩和收拢状态，提高设备的运输、安装、测试的便利性，在地面上，处于收拢状态，设备整体包络小，提高了浮空气球落地时的设备安全性，收拢状态有利于保护各个传感器，同时保证了在飞行探测时四个电场球型探针有足够的空间布局。另外，多传感器在刚性平台上的组合安装，可以在飞行过程中实现数据的标定校正，提高数据精度。

附图说明

图1为本发明的一种用于浮空平台的电场与磁场就位探测设备处于展开状态的结构示意图；

图2为本发明的一种用于浮空平台的电场与磁场就位探测设备处于收拢状态的结构示意图；

图3为本发明的一种用于浮空平台的电场与磁场就位探测设备在浮空平台上工作时连接浮空气球和气球舱的结构示意图。

附图标记：

1、承力杆2、第一电场仪伸杆

3、磁强计伸杆4、平台

5、标量磁场传感器6、矢量磁场传感器

7、矢量指向位置传感器8、电场球型探针

9、承力杆上活塞10、承力杆下活塞

11、承力杆内部弹簧12、浮空气球

13、气球舱14、第二电场仪伸杆

15、第三电场仪伸杆16、第四电场仪伸杆

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和2所示，本发明提供了一种用于浮空平台的电场与磁场就位探测设备，解决电场传感器配合气球平台伸展和收拢的问题，解决磁场传感器飞行标定和矢量指向传递的问题，同时解决电场传感器、磁场传感器集成一体原理气球舱体安装的问题。

所述探测设备包括：承力杆1、电场仪伸杆2、磁强计伸杆3、平台4、标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7、四个电场球型探针8、承力杆上活塞9、承力杆下活塞10、承力杆内部弹簧11、第二电场仪伸杆14、第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16；

承力杆1内部为中空结构，并在承力杆1内安装承力杆内部弹簧11，承力杆内部弹簧11弹性连接承力杆上活塞9和承力杆下活塞10；承力杆上活塞9设置第一电场仪伸杆2和第二电场仪伸杆14，承力杆下活塞10设置第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16；第一电场仪伸杆2、第二电场仪伸杆14、第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16上分别安装电场球型探针8；磁强计伸杆3平行安装在承力杆1的一侧，且其上设置标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7；承力杆1和磁强计伸杆3均安装在平台4上。

第一电场仪伸杆2和第二电场仪伸杆14均转动连接承力杆上活塞9，实现第一电场仪伸杆2和第二电场仪伸杆的收拢和展开；第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16均弹性连接承力杆下活塞10，实现第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16的收拢和展开。

所述探测设备采用碳纤维和铝、铜、钛等无磁材料制成。

平台4上设有前置信号处理电路，用于分别连接标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7和四个电场球型探针8，并处理标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7和四个电场球型探针8采集的信号和数据，

矢量磁场传感器6和矢量指向位置传感器7刚性连接，用于对矢量磁场指向标校。

所述探测设备安装在浮空气球12和气球舱13之间，依靠浮空气球12的升力和气球舱体13的重力实现展开。

如图3所示，设备在浮空平台上使用时，所述探测设备安装在气球舱13和浮空气球12之间，并通过缆绳连接。安装在承力杆1两端的承力杆上活塞9和承力杆下活塞10分别连接在缆绳上，并承接浮空气球12上升时所受的缆绳上的拉力；当浮空气球12在地面放置时，第一电场仪伸杆2、第二电场仪伸杆14、第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16均受到承力杆内部弹簧11的作用，处于收拢状态；当浮空气球12起飞离地时，浮空气球12的升力通过承力杆1传导到气球舱13，承力杆1的两端的缆绳都受到力的作用，将承力杆内部弹簧11进行拉伸，同时第一电场仪伸杆2、第二电场仪伸杆14、第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16均展开，整个展开过程为撑伞打开的过程。而当浮空气球12被切断，而降落伞未展开的失重跌落阶段，以及最终落地过程，缆绳上的拉力消失，承力杆内部弹簧11收拢，第一电场仪伸杆2、第二电场仪伸杆14、第三电场仪伸杆15和第四电场仪伸杆16将再次收拢，这可以有效的保护标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7在下落至落地的过程中不会产生严重的损伤。

磁强计伸杆3上设置的标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7采集的数据，再结合四个电场球型探针8采集的电场数据，共同配合使用完成磁场数据和电场的飞行标定校正。浮空气球12在飞行时，会带动下方电、磁场探测设备以及气球舱13不断地旋转，导致通过电、磁场探测设备探测到的矢量电场和矢量磁场的方向不断发生变化。当矢量磁场方向旋转完成360度后，利用标量磁场传感器6采集的标量磁场数据可以对矢量磁场传感器的线性参数进行标定。同时由于矢量指向位置传感器7和矢量磁场传感器6刚性固联，准确的记录了每个时刻的传感器指向和空间位置信息。所述电、磁场探测设备是指四个电场球型探针8、标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7；所述传感器指向是指矢量磁场和矢量电场所在的传感器坐标系，在地理坐标系下的方向；所述空间位置信息是指电、磁场探测设备在地球坐标系中的位置。

四个电场球型探针8、标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7，用于实现基于浮空平台的电场、磁场同时探测。

四个电场球型探针8和矢量指向位置传感器7，用于对电场数据进行标校。

标量磁场传感器5和矢量磁场传感器6，用于对矢量磁场标校。

电场和磁场传感器通过这一设备实现了远离气球舱体的部署，同时远离了气球舱13中的其他设备电磁干扰的影响，可以实现准确的探测。同时电、磁场探测设备在同一平台上进行探测，空间上实现了同点，可以更好的进行数据分析和比对。

浮空气球12起飞时，利用缆绳的拉力实现的类似开伞形式，实现四个电场球型探针8的展开和收拢。

用刚性结构同时固定连接标量磁场传感器5、矢量磁场传感器6、矢量指向位置传感器7和电场传感器，实现矢量磁场数据和电场数据在飞行状态下的标定校正。

所述探测设备采用电、磁场探测设备远离气球舱13的舱体，并独立于平台进行同时探测，避免气球舱体的电磁干扰，实现了电场和磁场在相近的空间中进行同时探测，近似同点。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。