[發(fā)明專利]一種高空垂直剖面激光調(diào)制吸收濕度測量裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510877657.0
• 申請日: 2015-12-04
• 公開（公告）號: CN105548071A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李剛;賈渠;常洋;劉春磊;寧召科;李彥林
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天易聯(lián)科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京國林貿(mào)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲;杜國慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高空濕度測量技術(shù)，特別涉及一種高空垂直剖面激光調(diào)制吸收濕度測量裝置及方法。

背景技術(shù)

目前我國氣象領(lǐng)域，已經(jīng)使用無人機搭載濕度傳感器進行高空濕度探測，但僅作為試驗。據(jù)文獻調(diào)研，目前技術(shù)方案通過小型無人機作為載荷平臺，因此對于傳感器重量、功耗均有要求，同時小型無人機無法達到3km以上，無法獲取全面的氣象信息。

氣球作為常規(guī)的高空探測手段，攜帶濕敏電容進行高空探測，但是上升路徑不可控，無法探測垂直剖面信息。

無論是氣球還是無人機平臺，攜帶的濕度傳感器均為濕敏電容方式，該類傳感器響應(yīng)時間慢，約20~30秒，因此在無人機高速飛行或氣球快速上升過程中，采集信息遲滯，位置信息和濕度信息不重合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種高空垂直剖面激光調(diào)制吸收濕度測量裝置及方法，通過串聯(lián)結(jié)構(gòu)的抗振動的光-光耦合長光程氣室，在氣室外設(shè)計一種靠負壓吸入空氣的導(dǎo)流罩，避免高速飛行的空氣正面沖擊傳感器；傳感器自帶存儲器實時存儲濕度信息。同時依據(jù)無人機通信鏈路，設(shè)計了傳感器數(shù)傳程序模塊，讀取飛機的GPS信息，將位置信息和氣象信息同步采集，實現(xiàn)地理信息與氣象信息融合。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高空垂直剖面激光調(diào)制吸收濕度測量裝置，包括一個用于安裝測量飛機背部的一個平面基座，基座上水平安裝一個測量倉，測量倉中設(shè)置與TDLAS系統(tǒng)和無線數(shù)據(jù)傳送模塊連接的光纖濕度傳感器，無線數(shù)據(jù)傳送模塊將接收的濕度傳感器數(shù)據(jù)傳遞至地面接收站，其中，所述測量倉中水平設(shè)置有一個光程氣室，光纖濕度傳感器設(shè)置在光程氣室中，光程氣室前端與外界空間連通，在光程氣室后端連接有一個氣流負壓倉，測量倉外的氣體由負壓倉中流動氣流產(chǎn)生的負壓從光程氣室的前端流入。

方案進一步是：所述負壓倉外為一個整流罩，整流罩中心軸線與光程氣室長度方向中心軸線重合，整流罩的前端為一個凸起的圓弧面，整流罩的上下左右是與圓弧面平滑連接的平面，整流罩后端與光程氣室后端連接，在所述整流罩的左右兩側(cè)平面分別設(shè)置有與負壓倉連通的通孔，通孔口連接一個垂直于平面的氣流導(dǎo)管，導(dǎo)管口為一個迎風(fēng)面高、背風(fēng)面低的坡口，當飛機帶動的測量倉在向前運動時，導(dǎo)管口背風(fēng)面產(chǎn)生負壓帶動負壓倉氣流順導(dǎo)管口吸出，進而使測量倉外的氣體由負壓倉中流動氣流產(chǎn)生的負壓從光程氣室的前端流入。

方案進一步是：所述整流罩前端圓弧面上下兩側(cè)弧面上設(shè)置有弧面氣孔，在整流罩的上下平面上分別設(shè)有與弧面氣孔連通的通孔，通孔口連接一個垂直于平面的氣流導(dǎo)管，導(dǎo)管口為一個迎風(fēng)面高背風(fēng)面低的坡口，當飛機帶動的測量倉在向前運動時，導(dǎo)管口背風(fēng)面產(chǎn)生負壓引導(dǎo)整流罩前端圓弧面的氣流一部分從上下兩側(cè)平面氣流導(dǎo)管流出，減少由于飛機帶動的測量倉在向前運動時對光程氣室前端與外界空間連通的進氣口產(chǎn)生進氣影響。

方案進一步是：所述光程氣室為橫截面為矩形的長條空間，垂直于長條空間中間軸線均勻分布設(shè)置有多個矩形框架，所述光纖濕度傳感器沿所述矩形框架相對的兩個邊框相互間隔均勻纏繞在框架上，相鄰框架上纏繞的光纖首尾相連接相互串聯(lián)。

方案進一步是：所述多個框架相互串聯(lián)的光纖總長度至少是1000mm。

方案進一步是：所述相對的兩個邊框上設(shè)置有光耦合件，所述光纖通過光耦合件穿過邊框纏繞在框架上。

方案進一步是：所述相互串聯(lián)的光纖至少設(shè)置兩組。

一種高空垂直剖面激光調(diào)制吸收濕度測量方法，將所述的濕度測量裝置水平安裝在飛機背部，所述裝置的負壓倉外為一個整流罩，整流罩中心軸線與光程氣室長度方向中心軸線重合，整流罩的前端為一個凸起的圓弧面，整流罩的上下左右是與圓弧面平滑連接的平面，整流罩后端與光程氣室后端連接，在所述整流罩的左右兩側(cè)平面分別設(shè)置有與負壓倉連通的通孔，通孔口連接一個垂直于平面的氣流導(dǎo)管，導(dǎo)管口為一個迎風(fēng)面高、背風(fēng)面低的坡口，當飛機帶動的測量倉在向前運動時，導(dǎo)管口背風(fēng)面產(chǎn)生負壓帶動負壓倉氣流順導(dǎo)管口吸出，進而使測量倉外的氣體由負壓倉中流動氣流產(chǎn)生的負壓從光程氣室的前端流入；所述方法是：將裝置整流罩的凸起圓弧面朝向飛機機頭向安裝，飛機離開跑道開始起飛，開始測量；飛機上升的軌跡是以盤旋的軌跡上升，每盤旋一周上升的高度為800米至1000米，實時讀取濕度傳感器數(shù)據(jù)、飛機GPS定位數(shù)據(jù)，并將兩者結(jié)合，形成帶有定位信息的氣象數(shù)據(jù)信息后發(fā)送至地面站。