探空氣球系留控制裝置的製作方法
2023-12-04 11:30:46
本發明關於一種探空氣球系留控制裝置，尤其是一種可用以控制探空氣球的繫繩收放的探空氣球系留控制裝置。
背景技術：
近年來因空氣汙染問題導致全球氣候變遷、自然災害不斷，使得大氣環境汙染探測與自然災害監控的課題日漸受到重視。
探測大氣環境最常使用的方式就是使用探空氣球，探空氣球的下方系有一個氣象探空儀，並由一根繫繩連接至地面的一個控制裝置，利用該控制裝置控制該繫繩的收放，從而控制該探空氣球的升空高度，以於該探空氣球帶著該氣象探空儀升降的過程中，由該氣象探空儀測得大氣的壓力、高度、溫度、溼度等數據。此外，還可在該繫繩上間隔設有可定時控制的小馬達和採樣袋，於該探空氣球上升至最終高度後，由繫於不同高度上的小馬達同步進行抽氣採樣。因此，取下採樣袋後，即可對採樣地的o3、nox、so2、nmhc、co等汙染物進行濃度分析。
然而，由於探空氣球在空中易受到風力不定時且不定向地推移，故使用現有的探空氣球系留控制裝置，實難單靠人力操作控制繫繩的收放，維持該探空氣球停留在預定的升空高度。此外，事後更無從精確判斷其採樣時的確切位置，以致分析結果的準確性不佳，對相關研究的幫助相當有限。
再者，於卷收繫繩的過程中，更因為該探空氣球受到風力推移時會直接拉扯繫繩，造成繫繩無法被平順地卷收，從而在放長繫繩時，常發生繫繩卡住的情況，操作便利性不佳。
有鑑於此，現有的探空氣球系留控制裝置確實仍有加以改善之必要。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明提供一種探空氣球系留控制裝置，可準確控制探空氣球維持停留在預定的升空高度。
本發明提供一種探空氣球系留控制裝置，可提升收放繫繩的順暢度。
本發明的探空氣球系留控制裝置，包括：一個基座；一個卷繞滾筒，該卷繞滾筒可旋轉地設於該基座；一個移繩模塊，該移繩模塊具有一個導引轉軸及一個滑座，該導引轉軸可旋轉地設於該基座，用以帶動該滑座沿著該導引轉軸的軸嚮往復位移，該滑座設有一個穿繩孔；一個驅動模塊，用以驅動該卷繞滾筒及該導引轉軸旋轉；及一個理繩模塊，該理繩模塊具有一個第一延伸件，該第一延伸件由一個樞接部樞接該基座，一個第二延伸件的一端連接該第一延伸件，並與該樞接部相距預定的水平距離，一個引繩件樞接在該第二延伸件的另一端，多個張力輪設在該第二延伸件的兩端之間。
因此，本發明的探空氣球系留控制裝置，可準確控制探空氣球維持停留在預定的升空高度，從而能夠明確得知各採樣袋採樣時的確切位置，提高分析結果的準確性。此外，本發明的探空氣球系留控制裝置還可藉助該理繩模塊，維持繫繩順暢地向上延伸，即使探空氣球的受風方向突然改變，繫繩仍不會有被大角度拉扯或大幅自轉等情況，可提升收放繫繩的順暢度，達到提升操作便利性的目的。
其中，該導引轉軸的軸向平行於該卷繞滾筒的軸向，該導引轉軸的外環周面設有兩個螺旋導槽，該兩個螺旋導槽的方向相反且頭尾相連；該滑座設有一個螺孔，該導引轉軸貫穿並螺合於該螺孔。通過簡易的結構，達到使該滑座沿著該導引轉軸的軸嚮往復位移的目的，具有提升製造及組裝便利性等功效。
其中，該滑座設有一個限位孔，該螺孔位於該穿繩孔與該限位孔之間，一個支杆貫穿該限位孔並固接於該基座。通過該支杆限制該滑座不會翻轉，具有提升該滑座的位移順暢度等功效。
其中，該兩個螺旋導槽的節距與用以連接探空氣球的繫繩的徑寬相同，該繫繩的一端連接固定於該卷繞滾筒的外環周面，另一端穿過該滑座的穿繩孔，再貫穿該第一延伸件的樞接部，並通過該多個張力輪張緊而向上延伸，穿出該引繩件後連接至該探空氣球；具有使繫繩能連續密實而逐層地卷繞於卷繞滾筒上等功效。
其中，該穿繩孔位於該導引轉軸與該卷繞滾筒之間；具有提升導引繫繩順暢卷收或放長等功效。
其中，該驅動模塊由一個連動組件連動該卷繞滾筒及該導引轉軸旋轉；具有提升操作便利性等功效。
其中，該連動組件由一個第一齒輪及一個第二齒輪同軸連接該卷繞滾筒，一個第三齒輪同軸連接該導引轉軸，一個蝸杆嚙合該第一齒輪，一個鏈條連接該第二齒輪及該第三齒輪；通過簡易的結構實現連動效果，具有降低製造成本及提升組裝便利性等功效。
其中，該理繩模塊設有一個墊高件，該墊高件連接該基座並凸出在該基座的頂部，該墊高件設有一個樞接部，該樞接部供該第一延伸件的樞接部樞接。使繫繩較不易磨損，且具有提升卷收或放長繫繩時的順暢度等功效。
其中，該穿繩孔、該第一延伸件的樞接部或該墊高件的樞接部為陶瓷或表面鍍有聚四氟乙烯的金屬製品；具有避免磨傷繫繩等功效。
本發明的有益效果是：
本發明的探空氣球系留控制裝置，可準確控制探空氣球維持停留在預定的升空高度，從而能夠明確得知各採樣袋採樣時的確切位置，提高分析結果的準確性。
此外，本發明的探空氣球系留控制裝置還可通過該理繩模塊，維持繫繩順暢地向上延伸，即使探空氣球的受風方向突然改變，繫繩仍不會有被大角度拉扯或大幅自轉等情況，可提升收放繫繩的順暢度，達到提升操作便利性的目的。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1：本發明一實施例的立體分解結構示意圖；
圖2：本發明一實施例的立體結構示意圖；
圖3：本發明一實施例的側剖結構示意圖；
圖4：本發明一實施例的實施示意圖；
圖5：本發明一實施例的第一延伸件樞轉後的側剖結構示意圖。
附圖標記說明
1基座11把手
2卷繞滾筒
3移繩模塊31導引轉軸
311螺旋導槽32滑座
321穿繩孔322螺孔
323限位孔33支杆
4驅動模塊41連動組件
411第一齒輪412第二齒輪
413第三齒輪414蝸杆
415鏈條416第四齒輪
42馬達43馬達控制器
5理繩模塊51第一延伸件
511樞接部52第二延伸件
53引繩件54張力輪
55墊高件551樞接部
b探空氣球c繫繩
e1控制單元e2高度量測裝置
e3射頻裝置e4接收器
e5信號轉換器。
具體實施方式
為使本發明的上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特根據本發明的較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下：
請參照圖1、2，其是本發明探空氣球系留控制裝置的一個實施例，該探空氣球系留控制裝置大致上包括一個基座1，及設於該基座1的一個卷繞滾筒2、一個移繩模塊3、一個驅動模塊4及一個理繩模塊5。
該基座1是用以供各構件組裝定位的，該基座1的形態可視需求而予以調整，不以本實施例所公開的附圖為限。在本實施例中，該基座1可以是由多個板片組裝而成的一個箱體，以將該卷繞滾筒2、該移繩模塊3及該驅動模塊4組裝在該基座1中，由該基座1對上述構件提供保護功能；該理繩模塊5則可以組裝在該基座1的頂部。另外地，該基座1可具有預定重量，以對抗探空氣球b（標示於圖4中）的牽引力而停留於地面。該基座1的側面可設一個把手11以便搬抬，該基座1的底部則可設有一個輪組（圖未繪示）以利搬動；所述輪組可選用工業級承重腳輪及含有剎車機構的輪組，使操作者能輕易將該基座1搬至操作地點後固定，以迅速完成監測站的架設。
該卷繞滾筒2設於該基座1內，該卷繞滾筒2的外環周面可供繫繩c的一端連接固定，該卷繞滾筒2可受驅動旋轉以卷收或放長該繫繩c，進而控制由該繫繩c連接的探空氣球b（標示於圖4中）的升空高度。
請參照圖2、3，該移繩模塊3具有一個導引轉軸31及一個滑座32，該導引轉軸31可旋轉地設於該基座1內，用以帶動該滑座32沿著該導引轉軸31的軸嚮往復位移，該滑座32設有一個穿繩孔321供該繫繩c貫穿，以由該滑座32導引該繫繩c密實而逐層地卷繞於該卷繞滾筒2上。
更詳言之，該導引轉軸31的軸向大致上平行於該卷繞滾筒2的軸向，該導引轉軸31的外環周面上可設有兩個螺旋導槽311，該兩個螺旋導槽311的方向相反且頭尾相連。該滑座32還設有一個螺孔322及一個限位孔323，該螺孔322位於該穿繩孔321與該限位孔323之間，該導引轉軸31貫穿並螺合於該螺孔322，一個支杆33貫穿該限位孔323並固接於該基座1。
因此，該導引轉軸31受驅動而產生旋轉時，該滑座32可受其中一個螺旋導槽311的牽引而產生位移，並通過該支杆33限制該滑座32不會翻轉，從而能夠平順地沿著該導引轉軸31的軸向位移；且該滑座32位移至該兩個螺旋導槽311的頭端或尾端時，可銜接到另一個螺旋導槽311而繼續往相反的一端位移，使該滑座32能沿著該導引轉軸31的軸嚮往復地產生位移。
此外，該導引轉軸31的兩個螺旋導槽311的節距（pitch）可設成約與該繫繩c的徑寬相同，且該穿繩孔321位於該導引轉軸31與該卷繞滾筒2之間。因此，該導引轉軸31每轉動一圈，該滑座32即可位移一個繫繩c的徑寬，使該繫繩c得以連續密實而逐層地卷繞於該卷繞滾筒2上。
請參照圖1、2，該驅動模塊4可分別驅動該卷繞滾筒2及該導引轉軸31旋轉，或是由一個連動組件41連動該卷繞滾筒2及該導引轉軸31旋轉，使該卷繞滾筒2每轉一圈，該導引轉軸31也大概旋轉一圈，以順暢卷收或放長該繫繩c。
詳言之，在設有該連動組件41的實施例中，可由一個第一齒輪411及一個第二齒輪412同軸連接該卷繞滾筒2，一個第三齒輪413同軸連接該導引轉軸31，一個蝸杆414嚙合該第一齒輪411，一個鏈條415由內圈連接該第二齒輪412及該第三齒輪413；較佳於該第二齒輪412與該第三齒輪413之間另外設一個第四齒輪416嚙合在該鏈條415的外圈，使該鏈條415維持張緊狀態。
因此，當該蝸杆414被驅動旋轉時，該蝸杆414可帶動該第一齒輪411旋轉，從而連動該第二齒輪412，及通過該鏈條415連動該第三齒輪413，達到連動該導引轉軸31的目的。換言之，該蝸杆414可通過多個齒輪改變傳動方向，及由齒輪設計達到適當的變速效果，但是此為本領域技術人員能夠根據使用需求而予以變更及調整的，於此便不加以詳述。
另外地，該連動組件41的蝸杆414可以由手動驅動或是由一個馬達42直接或間接驅動。在由馬達42驅動的實施例中，可利用一個馬達控制器43與該馬達42電性連接，以便依據使用需求調控卷收或放長該繫繩c（容後詳述）。
請參照圖1、3，該理繩模塊5包括一個第一延伸件51、一個第二延伸件52、一個引繩件53及多個張力輪54。該第一延伸件51設有一個樞接部511以樞設在該基座1的頂部，該第二延伸件52的一端連接該第一延伸件51，並與該樞接部511相距預定的水平距離；該引繩件53樞接在該第二延伸件52的另一端，該多個張力輪54設在該第二延伸件52的兩端之間。
因此，該繫繩c穿過該滑座32的穿繩孔321後，可再貫穿該第一延伸件51的樞接部511，並通過該多個張力輪54張緊而向上延伸，最後由該引繩件53穿出並連接至探空氣球b（標示於圖4中），從而在該探空氣球b飄動產生造成該繫繩c轉動的情況時，由該第一延伸件51相對於該基座1樞轉，以減緩該繫繩c的轉動情況。
其中，該第一延伸件51與該第二延伸件52可以是相互組裝的構件，或是一體相連，本發明並不加以限制。此外，本實施例的理繩模塊5還可更進一步地設有一個墊高件55，該墊高件55連接該基座1並凸出在該基座1的頂部，該墊高件55設有一個樞接部551（例如一個軸承）,該樞接部551供該第一延伸件51的樞接部511樞接，以此再提高該第一延伸件51及其以上多個構件相對於該卷繞滾筒2的位置，使該繫繩c卷繞在該卷繞滾筒2上的部位，與該繫繩c穿出該第一延伸件51的樞接部511的部位之間，不至於被大幅地斜向拉引，從而較不易磨損該繫繩c，且可提升卷收或放長該繫繩c的順暢度。另外地，供繫繩c通過的穿繩孔321及樞接部551、511等處，都可選用陶瓷或表面鍍有聚四氟乙烯的金屬製品，以提供耐磨和滑順的特性，避免磨傷繫繩c。
請參照圖4，本發明的探空氣球系留控制裝置使用時，一端連接固定在卷繞滾筒2的繫繩c，其另一端可連接至一個探空氣球b；驅動模塊4的馬達控制器43則電連接一個控制單元e1（例如一臺筆記本電腦），以便下達控制該馬達控制器43運作情況的指令。其中，為能偵測該探空氣球b所在的高度，該探空氣球b可攜帶一個高度量測裝置e2（例如：gps裝置或電子高度計）及一個射頻裝置e3，該射頻裝置e3耦接設於地面的一個接收器e4，利用該射頻裝置e3將該高度量測裝置e2測得的高度值傳回該接收器e4，該接收器e4電連接一個信號轉換器e5，該信號轉換器e5再電連接該控制單元e1。另外，該馬達控制器43可內含一個比例-積分-微分控制器（pid）。
因此，操作者能依據該射頻裝置e3實時回傳的高度值準確地控制該馬達控制器43，從而控制該馬達42的正轉、反轉、加速、減速或調控該馬達42的扭力輸出，以放長或卷收該繫繩c，使該探空氣球b能維持停留在監測所需的高度、繼續升空、降低高度或拉回地面；或是從該控制單元e1輸入監測所需的升空高度，並由該馬達控制器43動態地比對該射頻裝置e3所傳回的實時高度值，以對該馬達42輸出脈寬調變電壓，控制該卷繞滾筒2放長、固定或卷收該繫繩c。
請參照圖3、5，根據前述結構，當該探空氣球b的受風方向突然改變時，該繫繩c會受到拉動及產生轉動；此時，該繫繩c可連動該理繩模塊5的第二延伸件52以該第一延伸件51的樞接部511為軸心樞轉，使該繫繩c在較鄰近該卷繞滾筒2的部位能始終維持順暢向上延伸的狀態，而不會有被大角度拉扯的情況，且該繫繩c也不易發生自轉的情況。如此一來，無論是要卷收或是要放長該繫繩c，都能維持順暢操作。
綜上所述，本發明的探空氣球系留控制裝置，可準確控制探空氣球維持停留在預定的升空高度，從而能夠明確得知各採樣袋採樣時的確切位置，提高分析結果的準確性。
此外，本發明的探空氣球系留控制裝置還可通過該理繩模塊，維持繫繩順暢地向上延伸，即使探空氣球的受風方向突然改變，繫繩仍不會有被大角度拉扯或大幅自轉等情況，可提升收放繫繩的順暢度，達到提升操作便利性的目的。