[發明專利]姿態可感知雷暴云三維電場探空儀

在審

• 申請號: 201711384294.2
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN107843775A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 劉明遠;郄秀書;張鴻波;陸高鵬;蔣如斌;孫竹玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院大氣物理研究所
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，包括三維電場探空儀（1）、地面數據接收分析儀（2），其特征在于：所述的三維電場探空儀（1）主要由轉軸（5）、電荷傳感器（6）、三軸姿態傳感器（7）、GPS天線（8）、溫度傳感器（9）、無線通訊模塊（10）、轉軸傳動裝置（11）、發射單元（12）組成；電荷傳感器（6）為兩個大小和重量相等的空心金屬球，對稱安裝在轉軸（5）的中部，轉軸（5）為空心的玻璃鋼管，三軸姿態傳感器（7）安裝在轉軸（5）內對應兩個電荷傳感器（6）球體中心連線處，三軸姿態傳感器（7）的X軸與兩個電荷傳感器（6）球體中心連線平行，Y軸與轉軸（5）空心管中心平行，Z軸垂直兩個電荷傳感器（6）球體中心連線； GPS天線（8）為全向接收四臂螺旋天線，橫置安裝在轉軸（5）內中心的一側，溫度傳感器（9）和無線通訊模塊（10）安裝在轉軸（5）內中心的另一側，轉軸（5）的一端設有轉軸傳動裝置（11），另一端設有舵機控制器（13）。

2.根據權利要求1所述的姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，其特征在于：所述的兩個電荷傳感器（6），一個空心球內設置由單片機控制的電荷積分放大電路、三軸姿態處理轉換電路、溫度傳感轉換電路、GPS定位模塊，另一個空心球內設置發射單元（12）和為這些電路提供電源的電池倉，電池倉內加裝保溫材料，并留有放置輔助發熱源的空間，電源采用兩組雙芯鋰電池供電，構成±7.2V的雙路電源為傳感器的模擬器件供電，雙路電源的正壓輸出經穩壓后輸出5V電壓為數字芯片供電；探測的電荷信號、三維姿態與方位數據、溫度數據，經過A/D轉換器轉換為數字信號，經過信號調制器調制由發射單元（12）發射。

3.根據權利要求1所述的姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，其特征在于：所述的轉軸傳動裝置（11），由直流減速機和電池倉組成，電池倉內加裝保溫材料，并留有放置輔助發熱源的空間。

4.根據權利要求1所述的姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，其特征在于：轉軸（5）與轉軸傳動裝置（11）和舵機控制器（13）連接處設有軸承，在轉軸傳動裝置（11）和舵機控制器（13）處采用掛繩（15）與上升動力相連，掛繩（15）采用尼龍繩，尼龍繩的表面噴涂防水粘連介質，在掛繩（15）的上部與動力之間設有旋轉鉸（16），掛繩（15）與上面的動力采用轉動連接。

5.根據權利要求1所述的姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，其特征在于：所述的轉軸傳動裝置（11）和舵機控制器（13）外側安裝葉片（14），葉片（14）的平面與垂線的傾斜角α為15°～75°，三維電場探空儀（1）在上升過程中在葉片（14）的作用下，沿垂直軸線方向水平旋轉，調整葉片（14）的傾斜角α，可以調整三維電場探空儀（1）的水平旋轉轉速，傾斜角α由三軸姿態傳感器（7）的一個陀螺儀測量現有水平旋轉的速度，與預設值作比較，利用PID算法控制葉片，調節信號通過無線通訊模塊（10）傳輸給舵機控制器（13），由舵機驅動調節葉片（14）的傾斜角，舵機分別安裝在轉軸（5）的兩端的轉軸傳動裝置（11）和舵機控制器（13）的倉盒內，兩側的葉片（14）同步調節傾斜角α。

6.根據權利要求1所述的姿態可感知雷暴云三維電場探空儀，其特征在于：所述的三維電場探空儀（1）、地面數據接收分析儀（2）構成獨立工作的設備，可以與地面大氣電場儀（3）和衛星（4）結合組成雷暴云探空系統，雷暴云探空系統由至少一個三維電場探空儀（1）、至少一個地面數據接收分析儀（2）、至少一個地面大氣電場儀（3）和衛星（4）組成，三維電場探空儀（1）上的GPS定位模塊測定三維電場探空儀（1）在空中的位置，三維電場探空儀（1）探測的雷暴云電場強度數據，回傳至地面數據接收分析儀（2），地面大氣電場儀（3）探測的地面電場強度，通過互聯網絡傳輸到地面數據接收分析儀（2），衛星（4）對雷暴云探空系統實現GPS定位，地面數據接收分析儀（2）得到實時同步的雷暴云和地面電場強度。