便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置的制作方法

1.本实用新型涉及测试测量技术领域，具体而言，涉及一种便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置。


背景技术：

2.积雪是地表最活跃的环境因素之一，对于气候变化的反映较为敏感，能够作为气候变化的指示器。在全球气候变暖背景下，我国高海拔地区的积雪分布及其变化状况均受到直接影响。一般积雪的减少会导致地表吸收太阳辐射能量的增加，进而加剧气候的变暖，因而开展积雪辐射特征的观测，并依此研究积雪对地表辐射及其能量平衡的影响将具有十分重要的意义。然而现有的积雪对地表辐射有以下缺点：
3.1.此前，在进行积雪表层辐射特性观测时往往将辐射观测装置安装在固定的观测场内，并配备太阳能板为其提供电力供应，这种固定点位的积雪表层辐射特性观测装置观测的视场范围十分有限，并且其观测地点也不能随意更换，缺乏灵活机动性。
4.2.因辐射观测装置造价较高，在进行大范围的观测时很难实现大量安装布设。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的包括，例如，提供了一种便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置，其能够方便、灵活地适应不同场地的要求，实现了可移动式布置以观测积雪表层辐射特性；同时其采用至少蓄电池供电，能够实现移动布置的同时还能够改善现有技术中需要额外电力输送的问题；最后这样的装置在保障整积雪表层辐射特性的观测的必要结构，极大地简化了结构、因此成本和造价更低，能够实现大量和大规模安装布设。
6.本实用新型的实施例可以这样实现：
7.第一方面，本实用新型提供一种便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置，包括：
8.支架、便携式仪器箱、系统供电、数据采集器和多个辐射传感器；
9.所述辐射传感器均设置在所述支架上以灵活调整测试方位，且所述辐射传感器与所述数据采集器电连接；
10.所述系统供电与所述数据采集器电连接以提供电力支持，所述系统供电至少包括蓄电池；
11.所述系统供电、数据采集器均设置在所述便携式仪器箱中。
12.便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置通过系统供电、数据采集器和多个辐射传感器的协同配合能够实现对积雪表层辐射特性的自动观测。且这样的结构设置极大地简化了整个结构，在降低整体造价和成本的同时，还减轻了重量，如此使得装置在进行大范围的观测时能够实现大量安装布设，同时还获得了可移动观测、便于携带，灵活性高的优点。同时多个辐射传感器均设置在支架上，且配合装置整体能够实现移动式观测的特点，从而使得便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置能够具有更好的灵活机动性，且观测地点能够方便地更换，进一步提高了视场范围。另外，系统供电的蓄电池能够使得装置能够高效地
完成测量的同时，能够远距离、脱离供电系统的电力支援依然能够持续工作。而便携式仪器箱能够将系统供电、数据采集器进行收纳，保障数据采集器能够对辐射传感器的数据及时便捷地处理、保存和传输，一方面为整个装置的移动提供便利性，另一方面还能够对辐射观测数据及时处理，从而保障了观测的及时性，以及数据的安全性和稳定性。综上，这样的便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置的结构简单、成本造价低、布置灵活、可便携式测量，能够实现大范围的大量安装布设。
13.在可选的实施方式中，所述支架包括三脚架、竖杆、大臂横杆和第一角度调节器；
14.所述竖杆可升降地设置在所述三脚架上，所述大臂横杆通过所述第一角度调节器设置在所述竖杆上，且所述第一角度调节器用于调节所述大臂横杆与所述竖杆保持预设的夹角；
15.沿所述大臂横杆的延伸方向，所述大臂横杆具有连接端和测试端；所述辐射传感器均设置在所述测试端。
16.在可选的实施方式中，所述便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括辐射传感器连接杆和第二角度调节器；
17.所述辐射传感器连接杆通过所述第二角度调节器设置在所述测试端，且所述第二角度调节器用于调节所述辐射传感器连接杆与所述竖杆保持预设的夹角；
18.所述辐射传感器均设置在所述辐射传感器连接杆上。
19.在可选的实施方式中，所述便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括配重连接线和配重；
20.所述配重通过所述配重连接线设置在所述竖杆靠近所述连接端位置。
21.在可选的实施方式中，所述三脚架包括三脚架支臂限位器、3个三脚架稳定器、3个三脚架固定器和3个三脚架支臂；
22.3个所述三脚架支臂的一端通过均通过连接座可折叠连接，所述三脚架支臂远离所述连接座的一端设置有三脚架稳定器，所述三脚架稳定器远离所述三脚架支臂的一侧设置有三脚架固定器；
23.所述三脚架支臂限位器均与3个所述三脚架支臂连接以限位所述三脚架支臂之间的相对位移。
24.在可选的实施方式中，所述便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括竖杆固定器；
25.所述三脚架通过所述竖杆固定器与所述竖杆连接，以使所述三脚架固定在所述竖杆的高度方向的预设位置。
26.在可选的实施方式中，所述便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括防风遮光板，所述防风遮光板设置在所述支架，以确保所述辐射传感器的测量的准确性。
27.在可选的实施方式中，所述防风遮光板采用白色工程塑料制成。
28.在可选的实施方式中，所述便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述防风遮光板中，且所述第一温度传感器用于校正仪器外壳温度的红外读数。
29.在可选的实施方式中，所述便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括第二温度传感器和防风罩；
30.所述防风罩设置在所述第二温度传感器上；所述第二温度传感器设置在所述支架上，以用于观测空气温度从而校正观测的辐射数据。
31.本实用新型实施例的有益效果包括，例如：
32.本方案的便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置包括支架、便携式仪器箱、系统供电、数据采集器和多个辐射传感器；辐射传感器设置在支架上，辐射传感器、系统供电分别与数据采集器保持电连接，系统供电还包括蓄电池。系统供电、数据采集器均收纳便携式仪器箱中。相对于现有技术中在进行积雪表层辐射特性观测时往往将辐射观测装置安装在固定的观测场内，固定点位的积雪表层辐射特性观测装置观测的视场范围十分有限，并且其观测地点也不能随意更换，缺乏灵活机动性的问题。本装置通过将系统供电、数据采集器均收纳便携式仪器箱，且支架上的辐射传感器能够将获得的辐射数据及时传递给数据采集器，整个观测过程结构简单、操作方便，且能够提供多个地点和多个位置均能够灵活地完成测试。且便携式仪器箱和支架的结构组合能够满足随时更换观测地点，具有出色的灵活机动性；同时整个装置的造价和成本更低，能够实现在大范围观测时的大量安装布设。而蓄电池的设置能够为整体装置的移动和便携性提供方便，同时还能实现长距离和不同天气(及时不能提供太阳能供电)下的辐射观测。综上，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置结构简单、操作方便，且能够满足灵活测试、随意更换检测点，还能够满足成本造价低、大规模大量布置的要求，因此经济效益显著。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
34.图1为本实用新型实施例的便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置的结构示意图；
35.图2为本实用新型实施例的便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置的便携式仪器箱的装配示意图；
36.图3为本实用新型实施例的便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置的支架的结构示意图；
37.图4为本实用新型实施例的便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置的支架的局部示意图。
38.图标：1-盖子；2-锁扣；3-海绵填充物；4-合页；5-箱体；6-采集器连接串口；7-采集器电源接口；8-采集器通讯接口；82-采集器通讯串口；9-系统供电连接器；10-系统供电；11-系统供电外部电源接口；12-线缆；13-线缆收纳带；14-防风罩；15-第二温度传感器；16-传感器收纳盒；17-密码锁；18-提手；19-外部电源连接口；20-电源开关键；21-通讯串口；22-通讯串口连接器；23-平板电脑；24-电脑通讯连接线；25-电脑与系统供电连接线；26-连接座；27-外部电源连接线；28-充电器连接头；29-外部充电器；30-三脚架固定器；31-三脚架支臂；32-三脚架稳定器；33-三脚架支臂限位器；34-竖杆固定器；35-竖杆；36-第一角度调节器；37-大臂横杆；37a-连接端；37b-测试端；38-第二角度调节器；39-辐射传感器连接
杆；40-上行长波辐射传感器；41-下行长波辐射传感器；42-太阳上行总辐射传感器；43-太阳下行总辐射传感器；44-防风遮光板；45-配重连接线；46-配重；50-数据采集器。
具体实施方式
39.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
43.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。
45.请参考图1，本实施例提供了一种便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置，包括支架、便携式仪器箱、系统供电10、数据采集器50和多个辐射传感器。
46.辐射传感器均设置在支架上以灵活调整测试方位，且辐射传感器与数据采集器50电连接；
47.系统供电10与数据采集器50电连接以提供电力支持，系统供电10至少包括蓄电池；
48.系统供电10、数据采集器50均设置在便携式仪器箱中。
49.便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置通过系统供电10、数据采集器50和多个辐射传感器的协同配合能够实现对积雪表层辐射特性的自动观测。且这样的结构设置极大地简化了整个结构，在降低整体造价和成本的同时，还减轻了重量，如此使得装置在进行大范围的观测时能够实现大量安装布设，同时还获得了可移动观测、便于携带，灵活性高的优点。同时多个辐射传感器均设置在支架上，且配合装置整体能够实现移动式观测的特点，从而使得便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置能够具有更好的灵活机动性，且观测地点能够方便地更换，进一步提高了视场范围。另外，系统供电10的蓄电池能够使得装置能够高效地完成测量的同时，能够远距离、脱离供电系统的电力支援依然能够持续工作。而便携式仪器箱能够将系统供电10、数据采集器50进行收纳，保障数据采集器50能够对辐射传感器的数据及时便捷地处理、保存和传输，一方面为整个装置的移动提供便利性，另一方面还能
够对辐射观测数据及时处理，从而保障了观测的及时性，以及数据的安全性和稳定性。综上，这样的便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置的结构简单、成本造价低、布置灵活、可便携式测量，能够实现大范围的大量安装布设。
50.请参阅图1至图4，从图中可以看出，在本实用新型的本实施例中，支架包括三脚架、竖杆35、大臂横杆37和第一角度调节器36；竖杆35可升降地设置在三脚架上，大臂横杆37通过第一角度调节器36设置在竖杆35上，且第一角度调节器36用于调节大臂横杆37与竖杆35保持预设的夹角；沿大臂横杆37的延伸方向，大臂横杆37具有连接端37a和测试端37b；辐射传感器均设置在测试端37b。
51.通过第一角度调节器36的设置能够调整辐射传感器的观测角度，从而在满足多个测试装置、多个测试地点的基础上，通过辐射传感器角度的调整还能够提高辐射特性观测的视场，从而保障辐射观测的准确性和高效性。
52.从图中还可以看出，在本实用新型的本实施例中，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括辐射传感器连接杆39和第二角度调节器38；辐射传感器连接杆39通过第二角度调节器38设置在测试端37b，且第二角度调节器38用于调节辐射传感器连接杆39与竖杆35保持预设的夹角；辐射传感器均设置在辐射传感器连接杆39上。
53.第二角度调节器38与第一角度调节器36协同配合进一步提高了辐射传感器的观测视场，且这样的角度调整无疑能够显著提升辐射观测的准确性。
54.进一步的，在本实施例中，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括配重连接线45和配重46；配重46通过配重连接线45设置在竖杆35靠近连接端37a位置。
55.配重46的设置提高了支架的稳定性和调节的便利性，从而进一步保障观测装置的稳定性和可靠性，也能确保最终积雪表层辐射特性观测的准确性。
56.从图中还可以看出，在本实用新型的本实施例中，三脚架包括三脚架支臂限位器33、3个三脚架稳定器32、3个三脚架固定器30和3个三脚架支臂31；
57.3个三脚架支臂31的一端通过均通过连接座26可折叠连接，三脚架支臂31远离连接座26的一端设置有三脚架稳定器32，三脚架稳定器32远离三脚架支臂31的一侧设置有三脚架固定器30；三脚架支臂限位器33均与3个三脚架支臂31连接以限位三脚架支臂31之间的相对位移。
58.需要说明的是，这里三脚架支臂31与连接座26可折叠连接类似一般的摄影三脚架等结构，其为现有较为成熟的技术，在这里不做过多赘述。进一步的，在本实用新型的其他实施例中，支架还可是其他结构，只要支架能够支撑和安装辐射传感器即可，这里仅仅是一个示例。
59.可选的，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括竖杆固定器34；三脚架通过竖杆固定器34与竖杆35连接，以使三脚架固定在竖杆35的高度方向的预设位置。
60.需要说明的是，支架整体由铝制空心管构成，整体重量较轻便于携带。因支架要在积雪表面布设，为了增强支架的稳定性设置了三脚架固定器30、三脚架稳定器32和三脚架支臂限位器33。
61.在本实用新型的本实施例中，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括防风遮光板44，防风遮光板44设置在支架，以确保辐射传感器的测量的准确性。具体的，防风遮光板44安装在辐射传感器连接杆39远离所述竖杆35的一端。
62.可选的，防风遮光板44采用白色工程塑料制成。进一步的，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括第一温度传感器，第一温度传感器设置在防风遮光板44中，且第一温度传感器用于校正仪器外壳温度的红外读数，提高长波辐射测量的质量。具体的，第一温度传感器集成在防风遮光板44内。可选的，第一温度传感器与辐射传感器电连接(能够实现同时传递数据给数据采集器50)。
63.在本实用新型的本实施例中，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还包括第二温度传感器15和防风罩14；防风罩14设置在第二温度传感器15上；第二温度传感器15设置在支架上，以用于观测空气温度从而校正观测的辐射数据。
64.需要说明的是，第二温度传感器15采用高精度的热敏电阻，能够在-40至70℃下进行温度观测。第二温度传感器15将被安装在竖杆35的顶端处，距离地面高度约1.5m。辐射传感器包括由辐射传感器连接杆39、上行长波辐射传感器40、下行长波辐射传感器41、太阳上行总辐射传感器42、太阳下行总辐射传感器43。
65.高精度的辐射传感器，可用于观测积雪表面上行/下行长波辐射，太阳上行/下行总辐射(观测频次达到1次/30秒)，第二温度传感器15和辐射传感器均通过线缆12与数据采集器50外部的串口连接。线缆12上还设置有用于收纳线缆12的线缆收纳带13。
66.具体的，辐射传感器和第二温度传感器15将被安装在支架上，其中温度传感器被安装在竖连杆顶端，距离高度1.5m处，辐射传感器安装在可伸缩旋转的大臂横杆37上，大臂横杆37和竖杆35通过角度调节器相连接。其中第二温度传感器15和辐射传感器在野外观测时将要被固定在支架上，第二温度传感器15和辐射传感器均接有线缆12并与数据采集器50通过串口相连接。
67.进一步的，便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置还设置在便携式仪器箱中的平板电脑23、充电器。
68.第一温度传感器、第二温度传感器15和辐射传感器均接有线缆12并与数据采集器50通过串口相连接。系统供电10分别与数据采集器50和平板电脑23连接，以为数据采集器50和平板电脑23供电。数据采集器50与平板电脑23连接可实时显示数据采集情况并可传输数据至平板电脑23内。充电器通过接头与系统供电10连接，为系统供电10充电。数据采集器50和系统供电10通过底座和螺丝固定在便携式仪器箱内，平板电脑23固定在仪器的外面板上，并且是可拆卸。
69.具体的，数据采集器50，是由采集器连接串口6、采集器电源接口7、采集器通讯接口8、采集器通讯串口82，内部有具有微型处理器和存储卡，主要用于控制温度传感和辐射传感器的数据采集、处理、存储和外部设备的通讯。存储卡可用于实时存储观测的温度和辐射数据。数据采集器50是由一块蓄电池供电，蓄电池电可通过外部电源进行充电。数据采集器50外部连接有一台平板电脑23，在平板电脑23上可实时显示传感器采集的数据，电池电量和数据存储量等信息，上述设备均通过合理布局安装在一个三防便携式仪器箱中。
70.从图中还可以看出，便携式仪器箱包括盖子1、锁扣2、海绵填充物3、合页4、箱体5、传感器收纳盒16、密码锁17和提手18。盖子1和箱体5的一侧通过合页4可转动连接，另一侧通过锁扣2实现闭合或开启。所述盖子1和箱体5中均设置有海绵填充物3以缓冲和保护各种仪器和机构。箱体5中还设置有传感器收纳盒16，以便于测试结束后收纳各种传感器。便携式仪器箱在锁扣2处还是有密码锁17。箱体5上还设置有提手18。
71.数据采集器50上还设置有采集器连接串口6、采集器电源接口7、采集器通讯接口8、采集器通讯串口82。其中连接串口用于与第一温度传感器、第二温度传感器15和辐射传感器连接；电源接口用于与系统供电10连接；采集器通讯接口8、采集器通讯串口82用于数据采集器50与其他设备通讯或传输数据。
72.系统供电10包括蓄电池、系统供电外部电源接口11、系统供电连接器9、外部充电器29和充电器连接头28，主要用于数据采集器50、平板电脑23的供电。系统供电外部电源接口11用于连接其他电源(例如其他移动电源、太阳能或市政供电)。外部充电器29通过充电器连接头28为蓄电池充电。
73.平板电脑23通过卡扣固定在外面板上。外面板上还设置有外部电源连接口19、电源开关键20、通讯串口21、通讯串口连接器22、电脑通讯连接线24、电脑与系统供电连接线25、外部电源连接线27。平板电脑23通过电脑通讯连接线24与采集器通讯接口8相连，电脑与系统供电连接线25与系统供电连接器9相连接。
74.使用时，装置操作简便，只需将辐射传感器和温度传感器固定在支架上，随后打开电源按键后便可实时读取、存储和显示雪层表面观测的辐射特性数据和空气温度数据，数据存储在数据采集器50中可连接笔记本电脑进行读取，也可通过装置中自带的平板电脑23通过网络传输，或者离线传输。
75.便携式积雪表层辐射特性观测装置，体积小、重量轻，便于携带，可同时观测上行/下行长波辐射，太阳上行/下行总辐射，观测的辐射要素全，观测的精度哈频次高，同时观测数据自动存储形成可通用打开的csv和excel文件，装置中安装了有平板电脑23可实时显示数据、电池状况，并能实现数据在线/离线传输。观测装置中配备有可伸缩调节辐射传感器架设高度的支架，依托支架可设置辐射观测的视场范围和角度，能够开展多角度、不同高度下的积雪表层辐射特性观测。
76.本实施例提供的一种便携式积雪表层辐射特性自动化观测装置，至少具有以下优点：
77.装置中的数据采集器50、系统供电10和平板电脑23均通过螺丝固定在便携式仪器箱中，同时温度传感器和辐射传感器也可收纳在便携式仪器箱，这种设计便于野外携带，开箱将传感器固定在支架上，打开电源便能进行快速观测。
78.系统供电10中采用大容量的锂电池，可通过外部电源线进行充电，有指示灯可显示充电状态，一次充满电可进行1天不间断观测。
79.配有平板电脑23与数据采集器50直接相连，可实时显示采集的数据、电池电量、数据存储容量等，并且也通过平板电脑23在线进行数据传输。
80.仪器中设计的三角架因需在积雪表面架设，因而整体材质为铝制，为了防止三角架陷入雪层或者受吹风影响失衡，我们设置了三脚架固定器30、三脚架稳定器32、三脚架支臂限位器33和配重46，同时三角架的大臂横杆37高度和角度可调节满足了不同角度和不同视场范围下的辐射特性观测。
81.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。