本发明涉及一种探空气球净举力检测控制装置及其检测控制方法。
背景技术：
：在探空气球的施放过程中，需要对其净举力进行控制。净举力的大小影响探空气球的飞升速度。由于探空气球携带的传感器具有一定的时间常数，如果净举力过大，则探空气球的飞升速度会过快，导致实际测量点与传感器的响应时间无法对应上。而如果净举力过小，则探空气球的飞升速度过慢，探空气球可能无法达到所需要的高度，影响该高度上数据的采集。由此可见，净举力是一个非常重要的指标。现在的净举力的检测与控制是依靠施放人员的经验进行控制，检测通常采用挂重物测量或用弹簧秤测量的方法，其测量与控制不是很科学，实际净举力值还可能大于测量值，而且操作复杂、很难做到对净举力的有效控制。针对上述技术问题，本发明提供了一种探空气球净举力检测控制装置及其检测控制方法。技术实现要素：(一)要解决的技术问题探空气球在施放前，应对每一个气球的净举力都进行检测和控制，减少人为因素的影响。因此本发明提供一种探空气球净举力检测控制装置及其检测控制方法，以解决目前探空气球净举力检测及控制过程中出现的测量结果不准确、操作复杂、依靠经验、难以对净举力做到有效控制等技术问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种探空气球净举力检测控制装置，包括检测平台、数据采集设备、数据处理设备、充气调节设备；所述检测平台用于在其上部盛放气球、充气管路和充气配件，所述数据采集设备的上部安装有所述检测平台以采集所述检测平台的受力，所述充气调节设备用于调节向所述气球内充注的充气量；所述数据处理设备分别与所述数据采集设备、所述充气调节设备通信连接，用于将所述检测平台的受力的测量值和设定值进行比较以调节所述充气调节设备。优选地，检测平台为一盛放装置，其足以放置气球、充气管路和充气配件，检测平台优选为一平板或托盘。优选地，数据采集设备为力传感器，优选地数据采集设备为压力传感器。优选地，力传感器与计算机通过a/d转换器进行通信连接。优选地，数据处理设备为计算机、单片机、云平台、移动客户端，优选为计算机。数据处理设备接收力传感器传送的数据并可选择性地将数值显示在力显示表上，另外数据处理设备还可以控制充气调节设备，例如开启或关闭充气调节设备、增大或减小单位时间的充气量等。充气调节设备也可人工进行控制。优选地，所述气球为探空气球，其可以是单球，也可以是外球套内球的双球，也可以是多层嵌套的气球，也可以是多个探空气球并联，气球内充注的气体的密度低于空气，例如，可以是氢气、氦气，优选为氢气。优选地，所述检测平台置于所述数据采集设备的上部，数据采集设备去皮后可测量气球、充气管路和充气配件的重量。优选地，所述数据处理设备用于将需要的净举力设定和保存为净举力设定值aset，并根据公式(2)计算所述设定值并将所述设定值保存为设定测量值fset；所述数据采集设备在所述充气调节设备开启向所述气球充气后，采集所述测量值，并将所述测量值作为实时测量值fcur传送至所述数据处理设备；所述数据处理设备比较实时测量值fcur和所述设定测量值fset的大小，当实时测量值fcur不大于所述设定测量值fset时，关闭所述充气调节设备，所述数据处理设备根据公式(1)计算净举力实时值acur并保存此时的净举力实时值acur和实时测量值fcur，其中，fcur＝w﹢m－acur(1)；fset＝w﹢m－aset(2)；fcur，实时测量值，单位：牛顿；fset，设定测量值，单位：牛顿；w﹢m，气球、充气管路和充气配件重量之和，为已知数，单位：牛顿；acur，净举力实时值，单位：牛顿；aset，净举力设定值，单位：牛顿。优选地，所述充气配件为充气嘴和平衡器，所述充气嘴连接所述气球的充气口，向所述气球提供充气的接口，所述平衡器的出口连接所述充气嘴，所述平衡器的进口通过所述充气管路连接所述充气调节装置，其中，所述平衡器和所述充气管路的总重量为w，所述气球和所述充气嘴的总重量为m。所述平衡器用以固定所述气球的位置并减少静电的产生。优选地，所述探空气球净举力检测控制装置还包括数据显示设备，所述数据显示设备用于实时显示所述净举力实时值acur。优选地，所述数据显示设备为力显示表，具体可以是液晶屏、电子墨水屏、crt显示屏等。优选地，所述充气调节设备为电磁阀，所述电磁阀根据指令开启或停止对气球充气。探空气球净举力检测控制装置启动后，开启电磁阀向气球充气，当实时测量值fcur不大于所述设定测量值fset时，数据处理设备或人员关闭所述充气调节设备，停止向气球充气。优选地，所述充气调节设备为并联设置的第一电磁阀和第二电磁阀，所述气球包括内球和外球，所述第一电磁阀设置于所述内球的充气管路上，所述第二电磁阀设置于所述外球的充气管路上。优选地，所述数据处理设备根据第一净举力设定值aset1、第二净举力设定值aset2和公式(2)、公式(3)计算并保存第一设定测量值fset1和第二设定测量值fset2，其中，fset2＝fset1－aset2(3)；所述第一电磁阀在实时测量值fcur不大于所述第一设定测量值fset1时停止对所述内球充气，所述数据处理设备保存此时的净举力实时值acur1和实时测量值fcur1，开启所述第二电磁阀，所述第二电磁阀在实时测量值fcur不大于所述第二设定测量值fset2时停止对所述外球充气，所述数据处理设备保存此时的净举力实时值acur2和实时测量值fcur2。一种上述探空气球净举力检测控制装置的检测控制方法，包括如下步骤：(a)在所述数据处理设备中设置净举力设定值aset并保存，所述数据处理设备根据公式(2)计算并保存设定测量值fset；(b)开启所述充气调节设备，对所述气球进行充气，所述数据采集设备采集实时测量值fcur并将其传送至所述数据处理设备；(c)所述数据处理设备比较实时测量值fcur和所述设定测量值fset的大小；(d)当实时测量值fcur不大于所述设定测量值fset时，关闭所述充气调节设备，并保存此时的净举力实时值acur和实时测量值fcur。上述探空气球净举力检测控制装置的检测控制方法，在步骤(b)-(d)中还包括步骤(e)：(e)根据公式(1)计算并将净举力实时值acur在所述数据显示设备上实时显示。一种探空气球净举力检测控制装置的检测控制方法，包括如下步骤：(a)在所述数据处理设备中设置第一净举力设定值aset1和第二净举力设定值aset2并保存，所述数据处理设备根据第一净举力设定值aset1、第二净举力设定值aset2和公式(2)、公式(3)计算并保存第一设定测量值fset1和第二设定测量值fset2；(b)开启所述第一电磁阀，对所述内球进行充气，所述数据采集设备采集实时测量值fcur并将其传送至所述数据处理设备；(c)所述数据处理设备比较实时测量值fcur和所述第一设定测量值fset1的大小；(d)当实时测量值fcur不大于所述第一设定测量值fset1时，关闭所述第一电磁阀，并保存此时的净举力实时值acur1和实时测量值fcur1，开启第二电磁阀对所述外球进行充气；(e)当实时测量值fcur不大于所述第二设定测量值fset2时，关闭所述第二电磁阀，并保存此时的净举力实时值acur2和实时测量值fcur2。一种探空气球净举力的检测控制方法，将被施放的探空气球、充气嘴、平衡器安装好，放在在检测平台上，同时检测平台下安装力传感器。力传感器对平台进行去皮操作后，测得的重量为探空气球、充气嘴、平衡器和充气管路的重量总和。力传感器通过计算机与力显示表通信连接。在气体输送管线中设置了稳压器，电磁阀为防爆电磁阀。手动开启电磁阀或使用计算机发出电磁阀开启指令控制电磁阀开启，氢气通过充气管路(图中未示出)向即将施放的探空气球内输送氢气，随着氢气的输入，气球体积膨胀，因氢气的比重小于空气，使气球产生浮力，力传感器的数值减少，当数据不大于设定值时，计算机发出信号，计算机或人员根据此信号来对电磁阀进行控制。利用力传感器采集拟施放的探空气球的实时测量值并获得探空气球的实时净举力，通过通信线路将所采集的电信号发送至计算机和力显示表，可采用计算机作为控制设备和数据处理设备，也可人工控制电磁阀。装置启动后力传感器实时采样力值，通过a/d转换，力值可由力显示表进行显示，力值经计算机累计处理后形成数据库，可进行数据查询。计算机不断地检测力值，并与设定值进行比较，当力值不大于设定值时，控制电磁阀关闭，一个检测控制过程完成。(三)有益效果本发明通过设置数据采集设备、数据处理设备、充气调节设备对实时测量值进行测量，对净举力实时值进行计算，在实时测量值达到设定测量值时立即停止向气球充气，保证了探空气球净举力测量的准确性，实现了控制方式的自动化，避免了因人员个体差异造成的测量误差。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了本发明单球净举力检测控制装置组成框图；图2示出了本发明双球净举力检测控制装置组成框图；具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下实施例用于说明本发明，但不是限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供一种探空气球净举力检测控制装置及检测控制方法，可保证探空气球净举力测量的准确性，实现控制方式的自动化，避免因人员个体差异造成的测量误差。实施例1：如图1所示，一种探空单气球净举力检测控制装置，包括：平台、力传感器、a/d转换器、计算机、力显示表、电磁阀，检测对象为平衡器、充气嘴、气球和充气管路(未示出)。其中，平衡器、充气嘴、气球和充气管路置于平台上，力传感器置于平台下。工作过程如下：首先，将气球安装在充气嘴上，将充气嘴与平衡器连接，合上电源，待装置稳定后，设定所需要的净举力并保存为净举力设定值aset，计算机根据公式(2)计算得出设定测量值fset，fcur＝w﹢m－acur(1)；fset＝w﹢m－aset(2)；fcur，实时测量值，单位：牛顿；fset，设定测量值，单位：牛顿；w﹢m，气球、充气管路和充气配件重量之和，为已知数，单位：牛顿；acur，净举力实时值，单位：牛顿；aset，净举力设定值，单位：牛顿。开启电磁阀，氢气经稳压器、电磁阀、充气管路、平衡器、充气嘴对气球充气，随着氢气的充入，气球膨胀，因氢气比空气轻，气球产生浮力，气球就对平衡器产生一个拉力，力传感器的数值减少，力传感器所检测到的信号，经a/d转换器转换后，输入到计算机进行数据处理，处理后净举力实时值acur输出到力显示表，当实时测量值fcur不大于设定测量值fset时，计算机给出一个信号，根据该信号控制电磁阀关闭，使计算机对此时的净举力实时值acur进行保存，以便查询。完成一个动作过程。一种探空气球净举力检测控制装置的检测控制方法，包括如下步骤：(a)在数据处理设备中设置净举力设定值aset并保存，数据处理设备根据公式(2)计算并保存设定测量值fset；(b)开启充气调节设备，对气球进行充气，数据采集设备采集实时测量值fcur并将其传送至数据处理设备；(c)数据处理设备比较实时测量值fcur和设定测量值fset的大小；(d)当实时测量值fcur不大于设定测量值fset时，关闭充气调节设备，并保存此时的净举力实时值acur和实时测量值fcur。上述探空气球净举力检测控制装置的检测控制方法，在步骤(b)-(d)中还包括步骤(e)：(e)根据公式(1)计算并将净举力实时值acur在数据显示设备上实时显示。表1单位：牛顿(n)序号fcuracurfsetasetw+m备注128.8913.7428.9113.7242.63晴天229.1913.7429.2113.7242.93晴天329.1913.7529.2213.7242.94晴天426.2616.6926.2916.6642.95雨天526.3016.6926.3316.6642.99雨天626.3016.7026.3416.6643.00雨天下面以表1中序号为1的数据行为例做详细说明。选用球皮为750克的气球，平衡器、充气嘴、气球和充气管路的重力之和为w+m＝42.63(n)，将气球安装在充气嘴上，将充气嘴与平衡器连接，合上电源，待装置稳定后，设定所需要的净举力并保存为净举力设定值aset＝13.72(n)，由于气球并未充气，此时净举力实时值acur为0，实时测量值fcur＝w+m＝42.63(n)，计算机根据公式(2)计算得出设定测量值fset：fset＝w﹢m－aset＝42.63-13.72＝28.91(n)开启电磁阀，氢气经稳压器、电磁阀、充气管路、平衡器、充气嘴对气球充气，随着氢气的充入，气球膨胀，因氢气比空气轻，气球产生浮力，气球就对平衡器产生一个拉力，力传感器的数值减少，力传感器所检测到的信号，经a/d转换器转换后，输入到计算机进行数据处理，处理后净举力实时值acur输出到力显示表，当实时测量值fcur减小到28.89(n)时，由于此时的实时测量值fcur不大于设定测量值fset(fcur＝28.89<28.91＝fset)，计算机给出一个信号，根据该信号控制电磁阀关闭，根据公式(1)计算得出此时的净举力实时值acur：acur＝w﹢m－fcur＝42.63-28.89＝13.74(n)使计算机对此时的净举力实时值acur进行保存，以便查询。完成一个动作过程。当雨天施放探空气球时需要更大的净举力，因此净举力设定值为16.66(n)，大于晴天时的净举力设定值13.72(n)，其余检测和控制过程参见上述内容。实施例2：如图2所示，一种探空双气球净举力检测控制装置，包括：力传感器、a/d转换器、计算机、力显示表、电磁阀1、电磁阀2，检测对象为平衡器、充气嘴、气球和充气管路(未示出)。其中，平衡器、充气嘴、气球和充气管路置于平台上，力传感器置于平台下。工作过程如下：首先，将气球安装在充气嘴上，将充气嘴与平衡器连接，合上电源，待装置稳定后，设定所需要的净举力并保存为第一净举力设定值aset1(内球)和第二净举力设定值aset2(外球)，计算机根据公式(2)计算得出第一设定测量值fset1，根据公式(3)计算得出第二设定测量值fset2，fcur＝w﹢m－acur(1)；fset1＝w﹢m－aset2(2)；fset2＝fset1－aset2(3)；acur＝acur1﹢acur2(4)；fcur，实时测量值，单位：牛顿；fset1，第一设定测量值，单位：牛顿；fset2，第二设定测量值，单位：牛顿；w﹢m，气球、充气管路和充气配件重量之和，为已知数，单位：牛顿；acur1，第一净举力实时值，单位：牛顿；acur2，第二净举力实时值，单位：牛顿；aset1，第一净举力设定值，单位：牛顿；aset2，第二净举力设定值，单位：牛顿。电磁阀2处于关闭状态，开启电磁阀1，氢气经稳压器、电磁阀1、充气管路、平衡器、充气嘴对气球(内球)充气，随着氢气的充入，气球膨胀，因氢气比空气轻，气球产生浮力，气球就对平衡器产生一个拉力，力传感器的数值减少，力传感器所检测到的信号，经a/d转换器转换后，输入到计算机进行数据处理，处理后第一净举力实时值acur1和第二净举力实时值acur2输出到力显示表，当实时测量值fcur不大于第一设定测量值fset1时，计算机给出一个信号，根据该信号控制电磁阀1关闭并开启电磁阀2对气球(外球)充气，使计算机对此时的第一净举力实时值acur1进行保存，以便查询。当充气到实时测量值不大于第二设定测量值fset2时，关闭电磁阀2，并使计算机对此时的净举力实时值acur2进行保存，以便查询。完成一个动作过程。一种探空气球净举力检测控制装置的检测控制方法，包括如下步骤：(a)在数据处理设备中设置第一净举力设定值aset1和第二净举力设定值aset2并保存，数据处理设备根据第一净举力设定值aset1、第二净举力设定值aset2、公式(2)、公式(3)计算并保存第一设定测量值fset1和第二设定测量值fset2；(b)开启第一电磁阀，对内球进行充气，数据采集设备采集实时测量值fcur并将其传送至数据处理设备；(c)数据处理设备比较实时测量值fcur和第一设定测量值fset1的大小；(d)当实时测量值fcur不大于第一设定测量值fset1时，关闭第一电磁阀，并保存此时的净举力实时值acur1和实时测量值fcur1，开启第二电磁阀对外球进行充气；(e)当实时测量值fcur不大于第二设定测量值fset2时，关闭第二电磁阀，并保存此时的净举力实时值acur2和实时测量值fcur2。表2单位：牛顿(n)下面以表2中序号为1的数据行为例做详细说明。选用内球球皮为750克、外球球皮500克的气球，平衡器、充气嘴、气球和充气管路的重力之和为w+m＝48.41(n)，将气球安装在充气嘴上，将充气嘴与平衡器连接，合上电源，待装置稳定后，设定所需要的净举力并保存为第一净举力设定值aset1＝13.50(n)和第二净举力设定值aset2＝13.00(n)，由于气球并未充气，此时净举力实时值acur1和acur2均为0，实时测量值fcur＝w+m＝48.41(n)，计算机根据公式(2)计算得出设定测量值fset1：fset1＝w﹢m－aset1＝48.41-13.50＝34.91(n)计算机根据公式(3)计算得出设定测量值fset2：fset2＝fset1－aset2＝21.91(n)电磁阀2处于关闭状态，开启电磁阀1，氢气经稳压器、电磁阀1、充气管路、平衡器、充气嘴对气球(内球)充气，随着氢气的充入，气球膨胀，因氢气比空气轻，气球产生浮力，气球就对平衡器产生一个拉力，力传感器的数值减少，力传感器所检测到的信号，经a/d转换器转换后，输入到计算机进行数据处理，处理后第一净举力实时值acur1和第二净举力实时值acur2输出到力显示表，由于并未开始对外球开始充气，因此此时第二净举力实时值acur2为0，又由于acur＝acur1+acur2，因此fcur＝w﹢m－acur1，当实时测量值fcur＝34.89(n)时，即当第一实时测量值fcur1不大于第一设定测量值fset1时(fcur1＝34.89<34.91＝fset1)，计算机给出一个信号，根据该信号控制电磁阀1关闭并开启电磁阀2对气球(外球)充气，使计算机对此时的净举力实时值acur1＝w﹢m－fcur1＝48.41-34.89＝13.52(n)进行保存，以便查询。当对外球充气使得实时测量值fcur降为21.90(n)时，即当充气到第二实时测量值fcur2不大于第二设定测量值fset2时(fcur2＝21.90<21.91＝fset2)，关闭电磁阀2，并使计算机对此时的净举力实时值acur2进行保存，以便查询。完成一个动作过程。计算过程如下：acur2＝w+m-fcur-acur1＝w+m-fcur2-acur1＝48.41-21.90-13.52＝12.99(n)当晚上施放探空气球时需要更大的内球净举力，因此第一净举力设定值为13.50(n)，大于白天时的第一净举力设定值13.00(n)，其余检测和控制过程参见上述内容。本发明能够准确检测和控制拟施放的探空气球的净举力，保证了探空气球净举力测量的准确性，实现了控制方式的自动化，避免了因人员个体差异造成的测量误差。虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。当前第1页12