无线电探空仪以及用于在高温下实施大气探测的方法

文档序号:9457562阅读:1176来源:国知局
无线电探空仪以及用于在高温下实施大气探测的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在根据权利要求1的前序部分所述的无线电探空仪中的方法。
[0002] 本发明还涉及一种无线电探空仪。
【背景技术】
[0003]无线电探空仪(也称为回声探测仪)是一种天气观测设备,其连接于气球,测量大 气参数并通常将测量信息发送至地面基站。测量或计算得到的参数通常包括不同高度下的 大气温度、压强和湿度,以及风速和风向。
[0004]填充有氦气或氢气的气球带着无线电探空仪上升通过大气层。随着气球上升通过 大气层,压强降低,导致气球膨胀。最终,气球将爆炸,结束上升。
[0005]现有技术中的无线电探空仪通过无线电与实时存储所有变量的电脑交流。
[0006]现代无线电探空仪可以使用多种机制来确定风速和风向,例如全球定位系统 (GPS)或其他基于卫星的导航系统。
[0007]有时通过从航空器上抛掷来部署无线电探空仪,而不是由气球携带升空。
[0008]待由无线电探空仪来测量的主要参数之一是湿度,其或者为相对湿度、或者为露 点参数。该湿度测量的目标之一是探测云及其海拔高度。现有技术的问题是测量中的湿度 测量需要很长的响应时间。这一点被测量过程的性质所强化,因为在测量过程期间温度范 围很广(+40……-80°C)。湿度测量的缓慢导致两类问题。首先,所检测的云的高度并不准 确,其次,最薄的云结构甚至可能检测不到,因为湿度或者云的最小和最大水平未被测量所 检测到。这些不准确性甚至可能会对空中交通造成危险,因为无线电探空仪的探测是空中 交通控制所使用的至关重要的气象信息来源。

【发明内容】

[0009]本发明意在消除上述现有技术的至少部分缺陷,出于此目的,创造了全新类型的 用于无线电探空仪的方法和无线电探空仪。
[0010] 本发明基于:在无线电探空仪的测量阶段期间连续加热湿度传感元件,并将湿度 传感元件定位在平面基板上。
[0011] 在本发明的一个有利的方案中,所述加热通过湿度传感元件来执行,其中,温度传 感器、湿度传感器和加热元件相对于上升的普通无线电探空仪或下降的下投式探空仪的测 量期间的主气流的方向对称地布置。
[0012] 在本发明的一个有利的方案中,所述加热由传感器和环境之间的恒定温差来控 制,所述温差通过对环境空气和湿度传感器这两者的准确的温度测量来控制。
[0013]在本发明的一个有利的方案中,所述加热通过加热元件的恒定加热功率来控制。
[0014]在测量期间的主气流通常是竖直下降气流,这是由于无线电探空仪的上升运动。 显而易见,对于下投式无线电探空仪来说,由于相同的原因,气流具有与上述情况相反的方 向。
[0015] 在本发明的一个典型的方案中,湿度传感器是电容传感元件。
[0016] 更具体的,根据本发明的方法的特征如权利要求1的特征部分所述。
[0017] 依次地,根据本发明的装置的特征如权利要求5的特征部分所述。
[0018] 通过本发明获得了大量优势。
[0019] 通过加热,可以加速测量,其使得云的探测更加准确。也增加了敏感性。
[0020] -些现有技术中的方案出于校准或抗冻目的,提供了对温度传感器的脉冲式加 热,但是脉冲式的方法不能提供连续加温的优势,而是相反地,导致测量的延迟和停顿。在 这些测量中,控制原理也基于湿度水平。在低湿度水平下,现有技术的方案不能提供优势。
[0021] 由于湿度传感元件有利地对称排布,湿度传感器的温度测量可以更加准确地实 施。
【附图说明】
[0022] 下面,借助于实施例并参考附图来检验本发明。
[0023] 图1示意性显示了从发射设备发射的无线电探空仪。
[0024] 图2显示了根据本发明的无线电探空仪。
[0025] 图3a_3d显示了根据本发明的备选的湿度传感元件。
[0026] 图4a_4c显示了根据本发明的备选的湿度传感元件。
[0027] 图5a_5b显示了根据本发明的备选的湿度传感元件。
[0028] 图6a_6c显示了根据本发明的备选的湿度传感元件。
[0029] 图7a_7c显示了根据本发明的备选的湿度传感元件。
[0030] 所用术语列表:
[0031]1无线电探空仪,探空仪
[0032] 2测量束
[0033] 3 气球
[0034] 4气球线
[0035] 5湿度传感元件
[0036] 10主流向
[0037] 11电容式湿度传感器
[0038]12温度传感器,第二温度传感器
[0039] 13加热元件(通常是电阻式的)
[0040] 14接触垫
[0041] 15其他传感器,如第一温度传感器
[0042] 16湿度传感元件的中央线
[0043] 17湿度传感元件5的基板
【具体实施方式】
[0044]总而言之,本发明的一个典型的实施方式是湿度传感器11,其通常是电容式的,其 具有集成的温度测量元件12和加热元件13。湿度传感器11的温度保持为比环境温度高几 摄氏度,其由无线电探空仪1的另一个温度传感器15独立测量。使用所设置的温差或者恒 定的功率来控制加热。使用根据下列已知公式的环境空气的温度信息来计算相对湿度。
[0045]
[0046] 其中,
[0047] RHa=真正的相对湿度
[0048] RHS =与基板11上的湿度敏感膜相邻的混合物的相对湿度
[0049] eWs =在通过温度传感器12所测量的基板11的温度下的饱和蒸汽压
[0050] eWa=在温度T 3下的周围混合物的饱和蒸汽压
[0051] Ts =通过温度传感器12所测量的基板11的温度
[0052] Ta=通过独立传感器15所测量的环境温度
[0053] 根据图1,无线电探空仪1通过线4连接于气球3。气球3和无线电探空仪1的组 合通过气流运输来水平飞翔。因为在较高大气层(平流层)中,风涡(即风速或风向的局 部变化)很小,气球3和无线电探空仪1迅速地水平加速至风流的速度,此时由风所导致的 推动停止。在风稳定的区域,气流3和无线电探空仪1的组合在水平平面上非常准确地跟 随着环境空气的运动。换言之,气球3和无线电探空仪1的共同的重心在平静的空气中随 空气水平移动。在竖直方向上,气球的浮力产生了相对于空气上升的向上速率。无线电探 空仪1包括测量束2,测量束2具有与测量电子仪器相连的必要的测量仪器5和15,还包括 远程通讯电子仪器和电源,所述电源例如位于无线电探空仪1内部的电池。现在,在无线电 探空仪1中通常
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