一种高空辐射探测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高空辐射探测装置，包括高空探测终端和地面监测控制终端；其中，高空探测终端包括飞行器、设置在飞行器上的高空控制模块、以及分别与高空控制模块相连接的定位模块、气象辐射测量传感器、第一通信模块；地面监测控制终端包括地面控制模块、以及分别与地面控制模块相连接的第二通信模块、控制输入装置、信息输出装置；高空探测终端和地面监测控制终端之间通过第一通信模块、第二通信模块进行通信。本实用新型设计的高空辐射探测装置，结构简单，能够针对不同位置的太阳辐射情况，实现实时监测，且监测结果准确，具有权威性。
【专利说明】一种高空辐射探测装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种高空辐射探测装置。
【背景技术】
[0002]太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分被大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面,到达地面的这部分称为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎绝迹，在可见光谱区减少40%，而在红外光谱区增至60%。
[0003]在地球大气上界，北半球夏至时，日辐射总量最大，从极地到赤道分布比较均匀；冬至时，北半球日辐射总量最小，极圈内为零，南北差异最大。南半球情况相反。春分和秋分时，日辐射总量的分布与纬度的余弦成正比。南、北回归线之间的地区，一年内日辐射总量有两次最大，年变化小。纬度愈高，日辐射总量变化愈大。
[0004]就全球平均而言，太阳总辐射只占到达大气上界太阳辐射的45%。总辐射量随纬度升闻而减小，随闻度升闻而增大。一天内中午如后最大，夜间为O ; —年内夏大冬小。太阳辐射能在可见光线(0.4?0.76 μ m)、红外线(>0.76 μ m)和紫外线(〈0.4 μ m)分别占43%、53%和4%，即集中于短波波段,故将太阳辐射称为短波辐射。
[0005]近年来，大量化学物质破坏了大气层中的臭氧层，破坏了这道保护人类健康的天然屏障。据国家气象中心提供的报告显示，1979年以来我国大气臭氧层总量逐年减少，在20年间臭氧层减少了 14%。而臭氧层每递减I %，皮肤癌的发病率就会上升3 %。因此，我们需要随时对大气中的太阳辐射进行监测，但是现有技术中，针对太阳辐射的监测，多采用地面固定式仪器，所测数据只能反映所测局部地区的情况，不具权威性，并且由于监测装置设置地面，相对大气层来说，距离远，对于大气层中太阳辐射情况的测量缺乏准确性。
实用新型内容
[0006]针对上述技术问题，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，能够针对不同位置的太阳辐射情况，实现实时监测的高空辐射探测装置。
[0007]本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本实用新型设计了一种高空辐射探测装置，包括高空探测终端和地面监测控制终端；其中，高空探测终端包括飞行器、设置在飞行器上的高空控制模块、以及分别与高空控制模块相连接的定位模块、气象辐射测量传感器、第一通信模块；地面监测控制终端包括地面控制模块、以及分别与地面控制模块相连接的第二通信模块、控制输入装置、信息输出装置；高空探测终端和地面监测控制终端之间通过第一通信模块、第二通信模块进行通信。
[0008]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述飞行器包括探空气球、以及设置在探空气球表面的数个微型电控气泵，各个微型电控气泵分别与所述高空控制模块相连接。[0009]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述飞行器为无人机。
[0010]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述定位模块包括卫星定位模块和惯性测量模块，卫星定位模块和惯性测量模块分别与所述高空控制模块相连接。
[0011]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述高空探测终端还包括与高空控制模块相连接的云层图像采集模块。
[0012]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述云层图像采集模块为0V7670图像采集模块。
[0013]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述气象辐射测量传感器为CNR4型号传感器。
[0014]本实用新型所述一种高空辐射探测装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0015](I)本实用新型设计的高空辐射探测装置，结构简单，采用飞行器和气象辐射测量传感器构成高空探测终端，并且与地面监测控制终端之间通过通信模块进行通信，保证了本实用新型设计的高空辐射探测装置能够实时采集各个不同位置的太阳辐射；
[0016](2)本实用新型设计的高空辐射探测装置中，针对高空探测终端中的飞行器，设计了两种应用实时例，不仅可以采用无人机，而且还可以采用探空气球配合微型电控气泵实现，避免了传统探空气球飞行的无方向性问题；设计的两种实施例均可针对飞行器的飞行轨迹实现有效控制，使得高空辐射探测装置的工作过程能够在监测人员的控制下进行；
[0017](3)本实用新型设计的高空辐射探测装置中，针对高空探测终端中的定位模块，采用卫星定位模块和惯性测量模块相结合的方式实现针对高空探测终端的定位，即提高了定位精度，又保证了高空辐射探测装置实际工作中的可靠性；
[0018](4)本实用新型设计的高空辐射探测装置中，高空探测终端中还设计了与高空控制模块相连接的云层图像采集模块，可以在对太阳辐射监测的同时，实现对高空云层的拍摄，以便监测人员可以更好的对太阳辐射情况进行分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型设计的高空辐射探测装置的功能模块图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合说明书附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0021]如图1所示，本实用新型设计了一种高空辐射探测装置，包括高空探测终端和地面监测控制终端；其中，高空探测终端包括飞行器、设置在飞行器上的高空控制模块、以及分别与高空控制模块相连接的定位模块、气象辐射测量传感器、第一通信模块；地面监测控制终端包括地面控制模块、以及分别与地面控制模块相连接的第二通信模块、控制输入装置、信息输出装置；高空探测终端和地面监测控制终端之间通过第一通信模块、第二通信模块进行通信。本实用新型设计的高空辐射探测装置，结构简单，采用飞行器和气象辐射测量传感器构成高空探测终端，并且与地面监测控制终端之间通过通信模块进行通信，保证了本实用新型设计的高空辐射探测装置能够实时采集各个不同位置的太阳辐射。
[0022]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述飞行器包括探空气球、以及设置在探空气球表面的数个微型电控气泵，各个微型电控气泵分别与所述高空控制模块相连接。
[0023]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述飞行器为无人机。
[0024]本实用新型设计的高空辐射探测装置中，针对高空探测终端中的飞行器，设计了两种应用实时例，不仅可以采用无人机，而且还可以采用探空气球配合微型电控气泵实现，避免了传统探空气球飞行的无方向性问题；设计的两种实施例均可针对飞行器的飞行轨迹实现有效控制，使得高空辐射探测装置的工作过程能够在监测人员的控制下进行。
[0025]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述定位模块包括卫星定位模块和惯性测量模块，卫星定位模块和惯性测量模块分别与所述高空控制模块相连接。采用卫星定位模块和惯性测量模块相结合的方式实现针对高空探测终端的定位，即提高了定位精度，又保证了高空辐射探测装置实际工作中的可靠性。
[0026]作为本实用新型的一种优选技术方案:所述高空探测终端还包括与高空控制模块相连接的云层图像采集模块，可以在对太阳辐射监测的同时，实现对高空云层的拍摄，以便监测人员可以更好的对太阳辐射情况进行分析。
[0027]实际应用中，所述云层图像采集模块为0V7670图像采集模块。作为本实用新型的一种优选技术方案:所述气象福射测量传感器为CNR4型号传感器,它是Kipp&Zonen推出的净辐射传感器。作为CNRl净辐射传感器的升级产品，CNR4在产品性能以及易用性方面有了进一步的提升。CNR4采用符合ISO 9060:1990标准的二级短波辐射表作为短波辐射传感器，同时还配有2个长波辐射传感器。仪器采用全新设计的结构外形，4个辐射传感器与仪器本身有机整合为一体，外形更加小巧、轻便，为用户的使用带来更多的方便。CNR4标配有Pt-1OO钼电阻和IOK热敏电阻，用于测量仪器的内部温度，对所测量的辐射数据进行补偿修正，从而使测量数据更加准确、可靠。它配备的防水电缆使其能够避免降水或水汽对设备产生的不利影响。用户可以为CNR4选配具备加热功能的CNF4通风装置，不仅能够保证净辐射传感器周围环境的空气流通，进一步减小温度对测量产生的影响，而且其自带的加热装置能够有效融化覆盖在设备上的积雪、凝霜等，保证设备正常工作。CNR4配有水平泡，使仪器的安装、使用与维护都非常方便。同时其使用的可拆卸安装支架为运输和使用都提供了极大的便利。卫星定位模块采用XW-ADU3600定位定向OEM模块，惯性测量模块由三轴加速度计和三轴陀螺仪组成，其中三轴加速度计采用XW-AS1920石英加速度计，三轴陀螺仪采用ENC03-MB。
[0028]本实用新型设计的高空辐射探测装置在实际应用中，高空探测终端升空前，定位模块中的卫星定位模块工作，获取当前高空探测终端的位置坐标，实现针对惯性测量模块的校准，校准结束后，高空探测终端中的飞行器开始工作，高空探测终端升空，当天气情况较好时，定位模块中的卫星定位模块和惯性测量模块共同工作，对高空探测终端进行实时定位，当天气情况不好时，如大气中的电离层对卫星信号产生影响时，关闭卫星定位模块，由惯性测量模块单独工作，为高空探测终端提供定位；高空探测终端升空后，高空探测终端和地面监测控制终端之间通过第一通信模块、第二通信模块进行通信，设置在高空探测终端中的气象辐射测量传感器、云层图像采集模块实时工作，实现针对太阳辐射的实时监测，以及云层图像的实时拍摄，并将监测数据和采集的云层图像实时发回地面监测控制终端，通过信息输出装置向监测人员显示输出；并且地面监测人员还可以利用地面监测控制终端中的控制输入装置通过地面监测控制终端与高空探测终端进行通信，实现对云层图像采集模块的控制，使得云层图像采集模块的工作控制方式变得更加人性化；高空探测终端升空后，针对飞行器可以采用的两种结构，可以按如下方式分别操作，实现针对飞行器飞行轨迹的控制，其中，当飞行器采用无人机时，地面监测人员可以直接远程控制无人机的飞行，实现飞行轨迹的控制；当飞行器采用探空气球结构时，由于探空气球表面的数个微型电控气泵分别与高空控制模块相连接，地面监测人员就可以利用地面监测控制终端中的控制输入装置通过地面监测控制终端与高空探测终端进行通信，分别控制各个微型电控气泵工作，利用微型电控气泵喷气产生的反冲力去控制探空气球的飞行轨迹；当地面监测控制终端实现了针对高空探测终端飞行轨迹的控制之后，就可以实现针对太阳辐射准确监测，以及实现针对云层图像的采集工作，实际应用中，高空控制模块和地面控制模块均可采用单片机或是PC实现。
[0029]综上，本实用新型设计的高空辐射探测装置，结构简单，解决了传统检测装置的缺点，实现了针对太阳辐射更加准确、更加灵活的监测方式，具有广泛的市场应用推广价值。
[0030]上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种高空辐射探测装置，其特征在于:包括高空探测终端和地面监测控制终端；其中，高空探测终端包括飞行器、设置在飞行器上的高空控制模块、以及分别与高空控制模块相连接的定位模块、气象辐射测量传感器、第一通信模块；地面监测控制终端包括地面控制模块、以及分别与地面控制模块相连接的第二通信模块、控制输入装置、信息输出装置；高空探测终端和地面监测控制终端之间通过第一通信模块、第二通信模块进行通信。
2.根据权利要求1所述一种高空辐射探测装置，其特征在于:所述飞行器包括探空气球、以及设置在探空气球表面的数个微型电控气泵，各个微型电控气泵分别与所述高空控制模块相连接。
3.根据权利要求1所述一种高空辐射探测装置，其特征在于:所述飞行器为无人机。
4.根据权利要求1所述一种高空辐射探测装置，其特征在于:所述定位模块包括卫星定位模块和惯性测量模块，卫星定位模块和惯性测量模块分别与所述高空控制模块相连接。
5.根据权利要求1所述一种高空辐射探测装置，其特征在于:所述高空探测终端还包括与高空控制模块相连接的云层图像采集模块。
6.根据权利要求5所述一种高空辐射探测装置，其特征在于:所述云层图像采集模块为0V7670图像采集模块。
7.根据权利要求1所述一种高空辐射探测装置，其特征在于:所述气象辐射测量传感器为CNR4型号传感器。
【文档编号】G01W1/02GK203720382SQ201320822158
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】王其, 杨常松, 唐慧强, 张自嘉 申请人:南京信息工程大学