阅读说明：本技术 一种系留探空气球收放装置及其控制电路和控制方法 (mooring air exploration ball winding and unwinding device and control circuit and control method thereof ) 是由 宋炳涛 郑金田 石士超 邱延平 姜润喜 朱林 巩亮 沈明 张樱花 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种系留探空气球收放装置及其控制电路和控制方法,包括控制模块、动力模块、绳索贮存模块和系留绳索,动力模块与绳索贮存模块设置于基座箱内,绳索贮存模块包括工字盘、双向轴与绳索排列器,系留绳索缠绕固定在工字盘上,并从绳索排列器上传过,绳索排列器可延工字盘的长度方向做往复运动,控制系留绳索均匀缠绕在工字盘上；动力模块包括驱动电机、调速器、电源控制器,电源控制器控制驱动电机的正/反转,驱动电机的输出轴连接有调速器,带动工字盘转动,控制模块设置于控制箱中,包括限位单元和计米器。通过控制单元实现探空气球的释放控制,操作方便。(The invention relates to a mooring air exploration ball winding and unwinding device and a control circuit and a control method thereof, wherein the mooring air exploration ball winding and unwinding device comprises a control module, a power module, a rope storage module and a mooring rope, the power module and the rope storage module are arranged in a base box, the rope storage module comprises an I-shaped disc, a bidirectional shaft and a rope arranger, the mooring rope is wound and fixed on the I-shaped disc and is transmitted from the rope arranger, the rope arranger can reciprocate along the length direction of the I-shaped disc, and the mooring rope is controlled to be uniformly wound on the I-shaped disc; the power module comprises a driving motor, a speed regulator and a power supply controller, the power supply controller controls the forward rotation/reverse rotation of the driving motor, an output shaft of the driving motor is connected with the speed regulator to drive the I-shaped disc to rotate, and the control module is arranged in the control box and comprises a limiting unit and a meter counter. The control unit realizes the release control of the sounding balloon and is convenient to operate.)

一种系留探空气球收放装置及其控制电路和控制方法

技术领域

本发明涉及高空气象探测设备技术领域，具体涉及一种系留探空气球收放装置及其控制电路和控制方法。

背景技术

现用的无动力气象探空气球有两种，一种为一次性探空气球，升空后不回收；一种为系留气球。系留气球属于浮空器的一种，依靠系留绳与地面设备或站点相连接，利用气球内的气体浮力(氢气或氦气)空中升浮作业。升空高度一般在7km以下，主要应用于大气边界层探测，例如用于大气和环境监测、缉私等民用领域，或者是应用于预警、电子对抗以及空中侦察等军用领域。目前使用的系留探空气球存在诸多问题，如系留绳强度低、系留装置贮存绳索有限，系留气球收放速度慢，无自动锁止功能等。因此，行业内急需一种操作方便、功能齐全的系留气球收放装置。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明专利设计了一种可实现探空气球释放过程中自动控制的系留探空气球收放装置，包括控制模块、动力模块和绳索贮存模块，所述动力模块与所述绳索贮存模块设置于基座箱内，用于收放探空气球的系留绳索，所述绳索贮存模块包括工字盘、双向轴与绳索排列器，系留绳索缠绕固定在所述工字盘上，并依次穿过绳索排列器和双向轴，所述绳索排列器设置于工字盘的一侧，能够延与工字盘的轴向平行的方向做往复运动，所述绳索排列器控制系留绳索能够均匀地缠绕在工字盘上；所述动力模块包括驱动电机、调速器和电源控制器，所述电源控制器为驱动电机的电源控制单元，连接外部电源并设置有正/反转电路控制所述驱动电机的正/反转；所述驱动电机的输出轴连接工字盘，并连接有调速器，调速器可以调节驱动电机输出功率，控制工字盘转动速率，工字盘可在驱动电机的带动下正转和反转，实现系留绳索的收、放；所述控制模块设置于控制箱中，所述控制箱设置于基座箱的上方，控制模块实时监控系留绳索的释放过程，并实时将监测到的数据反馈给动力模块，动力模块可依据控制模块发送来的数据信息，进行电源控制器操作。所述控制模块包括限位单元和绳索计米器，系留绳索穿过控制箱时依次穿过限位单元和绳索计米器，所述绳索计米器信号连接所述电源控制器，所述电源控制器能够根据绳索计米器的信号进行驱动电机的电源的控制。

进一步的，所述限位单元包括锁止装置和绳索张力检测装置，二者信号连接，所述绳索张力检测装置检测系留绳索的张力，所述锁止装置设置于所述驱动电机的供电线路上，所述绳索张力检测装置检测系留绳索的张力，信号控制锁止装置的开关，在绳索释放和收紧过程中，当检测到绳索处于无张力状态时，及时发送信号给锁止装置断开供电线路，使驱动电机停机，避免工字盘绕线错乱。

同时本发明专利还设计了上述的系留探空气球收放装置的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括电源输入电路和电源控制器电路，电源输入电路连接220V直流电源，包括L、N两个连接端，电源输入电路接入调速器和电源控制器电路，锁止装置设置在其N端；所述电源控制器电路包括驱动电机的正转电路和反转电路，并连接有拨动开关，所述拨动开关能够分别接通所述正转电路和反转电路；所述电源控制器电路设置有控制开关控制整个电源控制器电路。

同时本发明专利设计了上述系留探空气球收放装置的控制方法，包括对系留绳索释放长度的控制方法，在释放系留绳索时，对所述系留探空气球收放装置的绳索计米器设定系留绳索长度限定值，当绳索计米器检测的释放的系留绳索的长度达到设定的长度限定值时，发送信号给电源控制器，电源控制器断开驱动电机的电源。在达到释放长度，电源控制器切断了驱动电机的电源后，动力模块不再接受控制模块的检测数据。

还包括在系留绳索释放和回收过程中锁止装置的控制方法，当所述控制模块的绳索张力检测装置检测到的系留绳索的张力为零时，发送信号给锁止装置，锁止装置断开所述驱动电机的电源；当其检测到的系留绳索的张力又重新达设定值时，再次发送信号给锁止装置，锁止装置接通驱动电机的电源。

相对于现有技术，本发明设计的系留探空气球收放装置及其控制电路和控制方法具有以下进步，加入了控制模块，对探空气球升空过程中系留绳索的释放进行实施检测，并通过检测数据的反馈进一步控制动力模块的操作，实现收放装置的自动控制。控制模块由绳索计米器、绳索张力检测装置、锁止装置构成，实现了对绳索的全面检测，数据实时反馈，控制动作及时执行，使收放装置与探空气球的升空过程有效配合，更好的完成系留绳索的释放工作。

附图说明

图1是系留探空气球收放装置的结构示意图

图2是系留探空气球收放装置的电路控制图

附图标记说明

图中，1控制模块、2绳索贮存模块、3动力模块、4系留绳索、5探空气球、11控制箱、12绳索计米器、13绳索张力检测器、21基座箱、22工字盘、23绳索排列器、24双向轴、31驱动电机、32调速器、33电源控制器、230固定杆、231丝杆、232滑块、SQ锁止装置、KA继电器、COM调速器控制公端、S1正转电路、S2反转电路、SW拨动开关、SB控制开关、VFD调速器、RP外部电位调节器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明设计的一种系留探空气球收放装置的一种实施例，包括控制模块1、动力模块3和绳索贮存模块2三部分，动力模块3与绳索贮存模块2设置于基座箱21内，二者之间通过隔板隔开，用于收放探空气球的系留绳索4。

绳索贮存模块2包括工字盘22、双向轴24与绳索排列器23。系留绳索4采用高性能纤维编织而成，断裂强度≥1.3N/Tex,并经腊质树脂涂层整理，附胶率为5％～10％。系留绳索4缠绕固定在工字盘22上，并依次穿过绳索排列器23和双向轴24，工字盘22的容积能够容纳绳索长度为1000m～7000m，工字盘22的中间为转轴，可拆卸的安装于基座箱21内，其转轴的一侧穿过隔板与动力模块3的动力输出端连接。绳索排列器23设置于工字盘22的一侧，包括固定杆230、丝杆231和滑块232，丝杆231与工字盘22的轴向平行设置，其一端穿过隔板设有齿轮，齿轮通过链条与工字盘22的转轴连接，二者能够同步转动，滑块232上设有两个穿孔，滑块232的两个穿孔分别套在固定杆230和丝杆231上，其中套在丝杆231上的穿孔设有与丝杆231相适应的内螺纹，在丝杆231与工字盘同步转动时，滑块232能够在丝杆231上做往复运动，控制系留绳索4能够均匀地缠绕在工字盘22上，绳索排列器为本领域技术人员常用的技术手段，对于其详细结构不做过多赘述，此处也可替换为其他形式的排列器。

动力模块3包括驱动电机31、调速器32和电源控制器33，电源控制器33为驱动电机31的电源控制单元，其连接外部电源，并设有正/反转控制电路能控制驱动电机31的正/反转。驱动电机31的输出轴连接工字盘22的转轴，并连接有调速器32，带动工字盘22转动，并由调速器32控制其转速，调速器32选10K电位调速器旋钮，通过旋钮旋转大小，更改变频控制电压(0～+5V)改变变频器频率,调速器32选用西门子直流调速器，也可选用其他的市售产品，调速器32的减速比先放大再缩小，可实现系留绳索的多级缓步释放，并设置最大线速度为35m/min。工字盘22及绳索排列器23的丝杆231在驱动电机31的带动下同步转动。

控制模块1设置于控制箱11中，控制箱11设置于基座箱21的上方，控制模块1实时监控系留绳索4的释放过程，并实时将监测到的数据反馈给动力模块3，动力模块3可依据控制模块1发送来的数据信息，进行电源控制器33、驱动电机31和调速器32的相应操作。控制模块1包括限位单元和绳索计米器12，本实施例中伸缩计米器12选用轮式绳索计米器，其他形式的计米器亦可。绳索计米器12信号连接电源控制器33，电源控制器33能够根据绳索计米器12的信号进行驱动电机31的电源的控制。绳索计米器12在控制箱11的外侧露出显示屏，实时显示释放绳索的长度。

限位单元包括绳索张力检测器13，并设置有锁止装置，二者信号连接。系留绳索从下向上依次穿过绳索张力检测器13的检测轮和绳索计米器12的计量轮，后穿出控制箱并连接探空气球。其中锁止装置设置于动力模块3的电源电路上。

本实施例设计的系留探空气球收放装置的控制电路如图2所示，电源输入电路连接220V直流电源，包括L、N两个连接端，电源输入电路接入调速器VFD，调速器VFD的调速器控制公端COM连接电源控制器的正转电路S1和反转电路S2，锁止装置SQ设置在其电源输入电路的N端；电源控制器的正转电路S1和反转电路S2，连接有拨动开关SW，拨动开关SW能够分别接通正转电路S1和反转电路S2；电源控制器电路设置有控制开关SB控制整个电源控制器电路。

本实施例设计了针对系留绳索释放过程中的收放装置的控制方法，包括以下部分：

(1)针对系留绳索总释放长度的控制方法

系留绳索释放前，对装置中的绳索计米器设定所需使用的最大长度参数，当绳索计米器计量的系留绳索的释放长度达到设定的最大长度参数时，发送信号给电源控制器，由电源控制器断开控制开关SB，切断驱动电机的电源，使工字盘停止转动，从而停止系留绳索的释放。

(2)针对系留绳索释放或回收过程的控制方法

该控制方法涉及的是系留绳索在释放过程中达到最大长度参数之前的控制及回收过程的控制，由绳索张力检测器13实时监测系留绳索4释放过程中的张力，在此过程总供涉及二个控制过程，第一，在气球升空时，上升的浮力使系留绳索的张力达到设定值后，绳索张力检测器发送信号使锁止装置SQ闭合，此处的继电器KA线圈得电闭合，调整拨动开关SW至正转电路S1闭合，按下控制开关SB，启动驱动电机开始释放绳索；在绳索释放过程中，由操作人员根据绳索张力检测器所显示的绳索张力变化调节调速器的外部电位调节器RP，选择不同的功率，控制驱动电机的转速；当绳索张力检测器13检测到系留绳索4的张力为零时，会给锁止装置SQ发送信号，锁止装置SQ会断开，切断供电，使驱动电机停止转动；当张力又重新出现并达到设定值时，会再次向锁止装置SQ发送信号，锁止装置SQ闭合，再次接通电源启动驱动电机。第二，工作完成后，直接调整拨动开关SW至反转电路S2，按下控制开关SB，使驱动电机反向转动开始回收气球，回收完毕后，断开控制开关SB，调整拨动开关SW至中间位置即可。

本发明设计的系留探空气球收放装置的使用方法为：

(1)根据所要进行的气象探测工作选用的探空气球的体积和升空高度，计算出气球的升空浮力，如选择体积为10m3的探空气球，升空高度为1200m，计算其浮力为126N。

(2)根据上一步骤所确定的浮力，设置安全系数为10，结合探空高度为1200m的需求，所需选用的系留绳索规格为2mm，绳索最小重量为2kg。

(3)将缠绕有1500m、2mm规格系留绳索的工字盘放置于基座箱中，并与动力模块连接，将系留绳索依次穿过绳索排列器、双向轴、绳索张力检测器和绳索计米器后穿出控制箱与探空气球连接固定，通过调速器设置升空速度，绳索计米器设置绳索最大释放长度数据。

(4)通过电源控制器开启驱动电机，释放探空气球，当绳索计米器显示绳索释放长度为1200m时，发送信号给电源控制器，切断驱动电机电源。

(5)完成气象探测工作后，通过电源控制器设置驱动电机反向转动开始回收系留绳索。完成一次探空气球的收放。

上述内容仅为本发明创造的较佳实施例而已，不能以此限定本发明创造的实施范围，即凡是依本发明创造权利要求及发明创造说明内容所做出的简单的等效变化与修饰，皆仍属于本发明创造涵盖的范围。