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申请/专利权人：中国科学院国家天文台

摘要：本发明涉及高海拔严寒环境下大气参数测量技术领域，尤其涉及多层大气参数测量仪。本发明的多层大气参数测量仪包括可伸缩支撑杆、安装支架、多个传感器和多个设置于可伸缩支撑杆周向的位置固定组件，可伸缩支撑杆自下而上设置多个安装支架，每个安装支架上安装一个以上传感器；位置固定组件包括：固定绳、环链和金属钎，固定绳的第一端连接于可伸缩支撑杆，固定绳的第二端连接于环链的第一端，环链的第二端连接金属钎，金属钎用于插入地面下。本发明适用于野外环境下无工程车辆协助下的快速安装，结构稳定。

主权项：1.一种多层大气参数测量仪，其特征在于，包括可伸缩支撑杆、安装支架、多个传感器和多个设置于所述可伸缩支撑杆周向的位置固定组件，所述可伸缩支撑杆自下而上设置多个所述安装支架，每个所述安装支架上安装一个以上传感器；所述位置固定组件包括：固定绳、环链和金属钎，所述固定绳的第一端连接于所述可伸缩支撑杆，所述固定绳的第二端连接于所述环链的第一端，所述环链的第二端连接所述金属钎;所述金属钎的钎柱上开有多个通孔，所述环链的第二端穿过所述通孔，穿过通孔后的环链的环与金属钎紧密接触，同处于冰层下。

全文数据：多层大气参数测量仪技术领域本发明涉及高海拔严寒环境下大气参数测量技术领域，尤其涉及多层大气参数测量仪。背景技术根据天文观测的要求，如何选择观象台址成为关键环节之一。由于天体的辐射到达地面以前要穿过地球的大气层，因此地球大气条件对天文观测有很大的影响。在光学观测方面：云量会影响观测的时间；大气的吸收会使星光减弱；大气温度和密度的起伏变化，会使大气折射率出现不均匀的状态，引起望远镜中的星像抖动、扭曲或弥散，并减弱进入接受器的星光。大气吸收和不稳定性会降低望远镜的观测质量。在毫米波段的射电观测方面，水汽吸收的影响最为严重。除气候因素外，人为的因素也影响天文观测。如城市、工矿的灯光会使增亮；烟尘增加大气吸收，会影响对暗星的观测；无线电发射台的电波会给射电观测带来干扰。因此，天文台台址必须精心选择，建设在观测条件最好的地方，尽可能减少各种不利因素的影响，否则，价格昂贵的大望远镜只能起到小望远镜的作用。南极处于冰盖最高点上空，空气稀薄，气候干燥，臭氧层空洞，大气的透明度好，非常适合天文观测，尤其是地球表面极佳的毫米波、亚毫米波、射电、红外天文的观测站址。海拔4093米的冰穹A是南极内陆冰盖最高点，海拔4093米的冰穹A是南极内陆冰盖最高点，也是地球上气温最底点，被称为“不可接近之极”。那里90％以上是晴天，冬季全是黑夜，可以对天空进行连续4个多月的观测，大气透明度高，没有人工光源干扰，被称为“不可接近之极”。冰穹A是目前地球上已知的天文观测条件最好之处。为了进一步确定天文台的具体地址，气象条件温度、风向与风速、相对湿度等等是评估一个台址是否适合天文观测的重要参数。在南极进行天文台选址不同于一般的大气环境监测对一个观测点仅仅一到两层的大气参数，一般的大气环境检测用于评估天文台址优劣的大气参数测量仪必须要有多层的大气参数测量15米。然而潜在的适合光学天文观测的台站绝大多数都在人迹罕至的区域，比如南极，后勤保障极为有限，因此适用于天文台址选址使用的多层大气参数测量仪必须易于安装且能长期在无人维护的条件下运行。发明内容一要解决的技术问题本发明的目的是提供多层大气参数测量仪，解决高海拔严寒环境，且没有工程车辆协助下安装大气参数测量仪非常困难的问题。二技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种多层大气参数测量仪，其包括可伸缩支撑杆、安装支架、多个传感器和多个设置于所述可伸缩支撑杆周向的位置固定组件，所述可伸缩支撑杆自下而上设置多个所述安装支架，每个所述安装支架上安装一个以上传感器；所述位置固定组件包括：固定绳、环链和金属钎，所述固定绳的第一端连接于所述可伸缩支撑杆，所述固定绳的第二端连接于所述环链的第一端，所述环链的第二端连接所述金属钎，所述金属钎用于插入地面下。比如：南极的极地环境中则插入极地冰面下；高山环境如帕米尔高原，可以直接插入岩石地面。在一些实施例中，优选为，所述金属钎的钎柱上开有多个通孔，处于所述环链的第二端穿过所述通孔。在一些实施例中，优选为，所述环链包括多个依次套接的环，处于环链第一端的环通过第一双保险扣环与所述固定绳的第二端套接，处于环链第二端的环通过第二双保险扣环穿过所述通孔。在一些实施例中，优选为，穿过所述通孔的第二双保险扣环嵌入地面下。这种尤其适用于南极的极地环境中则插入极地冰面下，通过冰面包裹，提高在冰面内的稳定性。在一些实施例中，优选为，所述金属钎的钎柱边缘设置多个倒刺，所述倒刺自所述钎柱倾斜向下延伸。在一些实施例中，优选为，所述可伸缩支撑杆和所述安装支架之间通过法兰盘和第一U形环固定连接；所述法兰盘上开有多个孔，所述安装支架处于所述第一U形环和所述法兰盘之间，且所述第一U形环环套所述安装支架主体，且两端穿过所述法兰盘的两个孔并通过锁止件锁止。在一些实施例中，优选为，所述第一U形环的数目为多个，用于所述可伸缩支撑杆下方安装的所述第一U形环的开口大于用于上方安装的所述第一U形环的开口；至少一个供所述第一U形环穿过的所述孔为长孔，供不同开口大小的第一U形环穿过。在一些实施例中，优选为，所述安装支架包括安装杆，所述安装杆的两端分别固定安装传感器。在一些实施例中，优选为，所述传感器包括温度传感器和风向风速传感器，所述温度传感器和所述风向风速传感器在每个所述安装支架上均安装。在一些实施例中，优选为，所述可伸缩支撑杆为气动支撑杆。在一些实施例中，优选为，所述传感器还包括：湿度传感器、气压计。在一些实施例中，优选为，所述可伸缩支撑杆的伸长范围为2-15米。在一些实施例中，优选为，所述传感器和或安装支架上涂有疏水材料。三有益效果本发明提供的技术方案中多层大气参数测量仪包括可伸缩支撑杆、安装支架、多个传感器和位置固定组件，可伸缩支撑杆自下而上安装多个安装支架，每个安装支架上安装一个以上传感器；位置固定组件包括：固定绳、环链和金属钎，固定绳的第一端连接于可伸缩支撑杆，固定绳的第二端连接于环链的第一端，环链的第二端连接金属钎，金属钎用于插入地面下。可伸缩支撑杆在未安装大气参数测量仪之前保持收缩状态，方便安装人员进行携带，相较于没有伸缩功能的支撑杆来说，体积小，方便一两个工作人员在高海拔严寒环境中，没有工程车协助的情况下快速安装。另一方面，可伸缩支撑杆适用于根据高海拔严寒环境选择合适的伸长高度，以配合传感器采集不同高度的大气参数，以便于得到大气参数所离地高度的变化数据和变化趋势。而且，由于高海拔严寒环境非常恶劣，风速较大，安装有传感器的可伸缩支撑杆容易在大风中剧烈摆动，由此，采用位置固定组件进行固定，对称安装于可伸缩支撑杆的两侧，以形成反向拉紧力。其中固定绳具备一定的强度，环链由多个环套接，在不拉紧时相邻环之间随意套接，在拉紧时相邻两个环相对位置呈直线张紧状态，所以通过环链上相邻环的相对位置变化以适应可伸缩支撑杆的左右晃动。另外，金属钎插入冰面下，安装可伸缩支撑杆后，在金属钎安装位置浇水，水结冰后将金属钎融于冰面中，冰面将金属钎紧密裹紧，能进一步阻止可伸缩支撑杆在狂风中左右晃动。当可伸缩支撑杆采用气动伸缩杆，伸缩杆立起后，通过气动方式能逐渐将伸缩杆向上延伸，相较于普通的伸缩杆，更有利于高海拔严寒环境，操作人员少的状况下的安装及伸长高度的调整。附图说明图1为本发明一个实施例中多层大气参数测量仪的结构示意图；图2为本发明一个实施例中可伸缩支撑杆的结构示意图；图3为本发明一个实施例中安装支架的结构示意图；图4为本发明一个实施例中法兰盘的结构示意图；图5为本发明一个实施例中位置固定组件的链环的结构示意图；图6为本发明一个实施例中金属钎的结构示意图。注：1、可伸缩支撑杆；2、安装支架；3、传感器；4、位置固定组件；2-1、安装件；3-1、温度传感器；3-2、风速风向仪；3-3、气压计；4-1、固定绳；4-2、环链；4-3、金属钎；4-4、通孔；4-5、第一保险扣环；4-6、第二保险扣环；5、法兰盘；5-1、孔；5-2、长孔；5-3、镂空。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“当前”在执行某动作之时的时刻，文中出现多个当前，均为随时间流逝中实时记录。针对目前极地安装大气参数检测仪困难的问题，本发明给出多层大气参数测量仪。下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。一种多层大气参数测量仪，如图1-6所示，其包括可伸缩支撑杆1、安装支架2、多个传感器3和多个设置于可伸缩支撑杆1周向的位置固定组件4，可伸缩支撑杆1自下而上设置多个安装支架2，每个安装支架2上通过安装件2-1安装一个以上传感器3；位置固定组件4包括：固定绳4-1、环链4-2和金属钎4-3，固定绳4-1的第一端连接于可伸缩支撑杆1，固定绳4-1的第二端连接于环链4-2的第一端，环链4-2的第二端连接金属钎4-3，金属钎4-3用于插入地面下。比如：南极的极地环境中则插入极地冰面下；高山环境如帕米尔高原，可以直接插入岩石地面。考虑到该大气参数测量仪为多层监测，在2-15米的高度范围内进行多层监测，以获取大气参数随高度变化的梯度变化特征，因此，需要在较高位置安装传感器3。但是南极的高海拔严寒环境，情况恶劣，工作人员少，不存在大型设备安装的条件，没有工程车的协助，且风大、雪大，设备携带非常不方便。因此，采用可伸缩支撑杆1调整安装高度。可伸缩支撑杆1在未安装大气参数测量仪之前保持收缩状态，方便安装人员进行携带，相较于没有伸缩功能的支撑杆来说，体积小，方便一两个工作人员在高海拔严寒环境中，且没有工程车协助的情况下安装。另一方面，可伸缩支撑杆1适用于根据高海拔严寒环境选择合适的伸长高度，以配合传感器3采集不同高度的大气参数，以便于得到大气参数所离地高度的变化数据和变化趋势。传感器3包括：温湿度传感器3-1、风速风向仪3-2、气压计3-3等。在一些实施例中，如图2所示，可伸缩支撑杆1采用气动伸缩杆，伸缩杆立起后，通过气动方式能逐渐将伸缩杆向上延伸，相较于普通的伸缩杆，更有利于高海拔严寒环境，操作人员少的状况下的安装及伸长高度的调整。在一些实施例中，传感器3包括温度传感器和风向风速传感器3，温度传感器和风向风速传感器3在每个安装支架2上均安装。以得到温度梯度和风速变化量。在距离地面2米左右还安装有湿度传感器。在距离地面的各位置都可以安装气压计。位置固定组件4优选多个，以形成不同方向的拉紧力，以三个位置固定组件4在可伸缩支撑杆周向设置为例，三个位置固定组件形成稳定的三角固定结构，能提高结构固定的稳定性。由于高海拔严寒环境非常恶劣，风速较大，安装有传感器3的可伸缩支撑杆1容易在大风中剧烈摆动，由此，采用位置固定组件4进行固定，对称安装于可伸缩支撑杆1的两侧，以形成反向拉紧力。在一些实施例中，如图5所示，位置固定组件4包括：固定绳4-1、环链4-2和金属钎4-3。其中固定绳4-1，优选钢丝，钢丝具备高强度和环境耐受性。环链4-2由多个环依次套接，在不拉紧时相邻环之间呈随意套接状态，固定绳4-1也可保持自然状态。在拉紧时，固定绳4-1呈张紧状态，相邻两个环相对位置呈直线张紧状态，所以通过环链4-2上相邻环的相对位置变化以适应可伸缩支撑杆1的左右晃动，形成缓冲效果，避免位置固定件脱离冰面。另外，在一些实施例中，如图6所示，金属钎4-3由两个金属片沿长度方向焊接，或由一个金属片折叠呈一定角度的立体形状，金属钎4-3的底部形成尖形，金属钎4-3的顶部构造出平面，方便安装是向下按压。弯折后的金属钎4-3或由两个金属片呈一定角度焊接后的立体结构，金属钎4-3的两个面受到冰层的不同方向作用力，能在一定程度上阻止金属钎4-3晃动时脱出冰层，提高大气参数测量仪的稳定性。安装可伸缩支撑杆1后，开始安装位置固定组件4，在金属钎4-3安装位置浇水，水结冰后将金属钎4-3融于冰面中，冰面将金属钎4-3紧密裹紧，能进一步阻止可伸缩支撑杆1在狂风中左右晃动。在一些实施例中，金属钎4-3的钎柱上开有多个通孔4-4，处于环链4-2的第二端穿过通孔4-4。穿过通孔4-4后的环链4-2的环可与链环上的环形状相同或略小的圆环与金属钎4-3紧密接触，同处于冰层下，进一步增加冰层对金属钎4-3的各个方向的作用力，由于金属钎4-3和穿过通孔4-4的套环与冰层多点接触，提高了金属钎4-3脱离冰层的阻力，提高了大气参数测量仪的稳定性。由于环链4-2包括多个依次套接的环，为了增加环链4-2两端分别与固定绳4-1和金属钎4-3的安装，处于环链4-2第一端的环通过第一双保险扣环4-5与固定绳4-1的第二端套接，处于环链4-2第二端的环通过第二双保险扣环穿过通孔4-4。双保险扣方便套接，而且能进一步增加连接处的安全性，避免两个部件意外脱离。同上，穿过通孔4-4的第二双保险扣4-6环嵌入地面下，尤其适用于极地环境，以提高金属钎4-3脱离冰层的阻力，提高了大气参数测量仪的稳定性。在安装时，可同时向双保险扣和金属钎4-3浇水，水结冰，将二者包裹进冰层中。在另一些实施例中，为了提高金属钎4-3在冰层中的稳定性，可以在金属钎4-3的钎柱边缘设置多个倒刺，倒刺自钎柱倾斜向下延伸，倒刺优选对称设置，以提供对称的作用比，避免歪斜。当金属钎4-3在外界作用下预脱离冰层时，倒刺产生反向作用力，组织金属钎4-3向上移动。在一些实施例中可伸缩支撑杆1可以采用套环安装，或者焊接等，但是焊接不太适应高海拔严寒环境。为了方便零件的搬运、安装和拆卸，在另一些实施例中，可伸缩支撑杆1和安装支架2之间通过法兰盘5和第一U形环6固定连接；如图4所示，法兰盘5上开有多个孔5-1，安装支架2处于第一U形环6和法兰盘5之间，且第一U形环6环套安装支架2主体后，两端穿过法兰盘5的两个孔5-1并通过锁止件锁止。为了形成对称作用力法兰盘5上的孔5-1的布局采用上下对称、左右对称的方式。而且，基于极地部件搬运困难，且减少部件重量，减少大风对部件的作用力，因此，将法兰盘5上设置镂空5-3。第一U形环的环内弧形优选与可伸缩支撑杆1的外表面形状相同，以达到贴合的效果，以提高连接的稳定性。当然，如果可伸缩支撑杆1的外表面形状为方形，那么第一U形环的弧形则修改为方形。另一方面，考虑到可伸缩支撑杆下端较粗，上端较细，第一U形环的数目为多个，用于可伸缩支撑杆下方安装的第一U形环的开口大于用于上方安装的第一U形环的开口；至少一个供第一U形环穿过的孔5-1为5-2长孔5-2，供不同开口大小的第一U形环穿过。开成长孔5-2，以提高法兰盘5的制备便利性，提高法兰盘5对不同粗细可伸缩支撑杆的适应性，达到批量生产，适应性安装的目的。如图3所示，用于安装传感器3的安装支架2优选为安装杆，安装杆的两端分别固定安装传感器3。为了方便更换传感器3，优选为可拆卸安装传感器3。比如挂接，嵌入传感器3等。下面给出一种安装的方式：安装支架2和传感器3杆之间通过第二法兰盘和第二U形环固定连接；第二法兰盘上开有多个第二孔，传感器3杆处于第二U形环和第二法兰盘之间，且第二U形环环套传感器3杆后，两端穿过第二法兰盘的两个第二孔并通过第二锁止件锁止。考虑到南极的恶劣环境，为了促使该多层大气参数测量仪应对艰苦低温环境下容易结霜的问题，在传感器3和安装支架2上优选涂上疏水材料，该疏水材料优选特氟龙涂料。也可选用合成高分子熔体聚合物如聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、熔融石蜡等材料的疏水涂层。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种多层大气参数测量仪，其特征在于，包括可伸缩支撑杆、安装支架、多个传感器和多个设置于所述可伸缩支撑杆周向的位置固定组件，所述可伸缩支撑杆自下而上设置多个所述安装支架，每个所述安装支架上安装一个以上传感器；所述位置固定组件包括：固定绳、环链和金属钎，所述固定绳的第一端连接于所述可伸缩支撑杆，所述固定绳的第二端连接于所述环链的第一端，所述环链的第二端连接所述金属钎。2.如权利要求1所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述金属钎的钎柱上开有多个通孔，所述环链的第二端穿过所述通孔。3.如权利要求2所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述环链包括多个依次套接的环，处于环链第一端的环通过第一双保险扣环与所述固定绳的第二端套接，处于环链第二端的环通过第二双保险扣环穿过所述通孔。4.如权利要求3所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，穿过所述通孔的第二双保险扣环嵌入地面下。5.如权利要求3所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述金属钎的钎柱边缘设置多个倒刺，所述倒刺自所述钎柱倾斜向下延伸。6.如权利要求1-5任一项所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述可伸缩支撑杆和所述安装支架之间通过法兰盘和第一U形环固定连接；所述法兰盘上开有多个孔，所述安装支架处于所述第一U形环和所述法兰盘之间，且所述第一U形环环套安装支架主体，且两端穿过所述法兰盘的两个孔并通过锁止件锁止。7.如权利要求6所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述第一U形环的数目为多个，用于所述可伸缩支撑杆下方安装的所述第一U形环的开口大于用于上方安装的所述第一U形环的开口；至少一个供所述第一U形环穿过的所述孔为长孔。8.如权利要求1-5任一项所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述安装支架包括安装杆，所述安装杆的两端分别固定安装传感器。9.如权利要求1-5任一项所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述传感器包括温度传感器和风向风速传感器，所述温度传感器和所述风向风速传感器在每个所述安装支架上均安装。10.如权利要求9所述的多层大气参数测量仪，其特征在于，所述可伸缩支撑杆为气动支撑杆，所述传感器还包括：湿度传感器、气压计，所述可伸缩支撑杆的伸长范围为2-15米，和或，所述传感器和或安装支架上涂有疏水材料。

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