一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统及核算方法

1.本发明涉及浮空器测量技术，尤其涉及一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统及核算方法。


背景技术：

2.浮空器的浮升力来源于充于囊体内部的轻质气体，目前应用最广泛的轻质气体为氦气。氦气充气量的多少直接决定了浮空器的净浮力，决定了浮空器试验的升空速度，飞行高度和转平压差。因此氦气充气量直接决定了浮空器试验的成败。因此氦气充气量的测量与核算非常重要，精确的静浮力计算直接保证了浮空器试验的成功。
3.浮空器的充气过程中，高压容器内部存储高压氦气，通过耐高压充气管进入浮空器内部。该过程一般采用高压氦气排上的球阀控制充气快慢和通断。但现有浮空器的充气量的测量计算并不能准确得出浮空器的充气量，从而也就无法精确计算浮空器的静浮力。


技术实现要素：

4.本发明提供一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统及核算方法，用以解决现有浮空器的充气量的测量计算并不能准确得出浮空器的充气量，无法精确计算浮空器的静浮力的问题。
5.本发明提供一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，浮空器通过充气管道与充气瓶连通，所述多路温度分布测量浮空器充气量测量系统包括：压力传感器、核算终端和温度传感器；
6.所述压力传感器设置于所述充气瓶的瓶口，用于测量所述充气瓶内的压力，所述温度传感器设置在所述充气瓶上，用于测量所述充气瓶上的温度；
7.所述核算终端与所述压力传感器和所述温度传感器电连接，所述核算终端用于在所述充气瓶充气前控制所述压力传感器和温度传感器获取所述充气瓶内的初始压力和初始温度，在所述充气瓶充气结束后控制所述压力传感器和温度传感器获取所述充气瓶内的当前压力和当前温度，以通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定所述浮空器的第一充气量。
8.根据本发明提供的一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，所述多路温度分布测量浮空器充气量测量系统还包括：流量计，所述流量计设置于所述充气管道，用于测量所述充气管道的流量；
9.所述流量计与所述核算终端电连接，所述核算终端用于在所述充气瓶充气过程中控制所述流量计实时获取所述充气管道的流量，以在所述充气瓶充气结束后确定所述浮空器的第二充气量。
10.根据本发明提供的一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，所述温度传感器设有多个，多个所述温度传感器间隔吸附于所述充气瓶的外表面。
11.根据本发明提供的一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，每个所述温度
传感器上均设有与对应所述温度传感器电连接的第一发送装置，所述第一发送装置与所述核算终端通讯连接。
12.根据本发明提供的一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，所述温度传感器为铂热电阻温度传感器。
13.根据本发明提供的一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，所述温度传感器共设有24个。
14.根据本发明提供的一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，所述压力传感器上设有与其电连接的第二发送装置，所述第二发送装置与所述核算终端通讯连接。
15.本发明还提供一种利用多路温度分布测量浮空器充气量测量系统的充气量核算方法，包括：
16.获取充气管充气前瓶内的初始压力以及初始温度；
17.获取充气管充气结束后瓶内的当前压力和当前温度；
18.基于初始压力、初始温度、当前压力和当前温度，确定浮空器的第一充气量。
19.根据本发明提供的一种充气量核算方法，所述获取充气管充气前瓶内的初始压力以及初始温度的步骤之后，所述获取充气管充气结束后瓶内的当前压力和当前温度的步骤之前，还包括：
20.实时获取充气管道的流量，在充气瓶充气结束后确定浮空器的第二充气量。
21.根据本发明提供的一种充气量核算方法，所述基于初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器的第一充气量的步骤之后还包括：
22.基于第一充气量和第二充气量对两种核算方法进行核算，以确定浮空器的实际充气量。
23.本发明提供的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统及核算方法，通过将压力传感器设置于充气瓶的瓶口，将温度传感器设置在充气瓶上，并将核算终端与压力传感器和温度传感器电连接，从而在充气瓶充气前核算终端控制压力传感器和温度传感器获取充气瓶内的初始压力和初始温度，在充气瓶充气结束后核算终端控制压力传感器和温度传感器获取充气瓶内的当前压力和当前温度，以通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器的第一充气量，通过上述测量方式能够大幅提升浮空器充其量的测量精度，从而可准确计算浮空器的静浮力，为各类浮空器的试验成功提供了最重要的技术支撑。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
25.图1是本发明提供的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统的示意图；
26.图2是本发明提供的氦气充气量核算流程；
27.图3是本发明提供的充气量核算方法的流程示意图。
28.附图标记：
29.100、浮空器；200、充气管道；300、充气瓶；400、压力传感器；500、核算终端；600、温
度传感器；700、流量计。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
31.目前氦气充气量的测量计算主要分为两种方法，一种是测量充入浮空器内部的氦气的总量，一种是测量和核算高压氦气容器剩余氦气量的方法。前一种方法一般通过在高压氦气管中间串接流量计的方法对氦气总量进行累加计算。后一种算法一般通过测量高压容器内部氦气的状态进行总氦气量的核算。由于前者的测量精度直接由流量计的精度决定，本身浮空器氦气充气的过程高压变化流速快速较快的过程。要实现高精度的测量对流量计的要求较高，然而高精度的流量计本身成本较高长时间非定常流量测量的过程误差积累较大。因此大多数浮空器氦气充气总量的核算依靠第二种方法。
32.第二种算法高压氦气总量的核算方法的关键在于如何精确的测量到高压容器内部的状态。第二种方法的核心在于每次计算出高压容器内部所剩氦气的质量，每次充气初始状态的氦气总质量减去结束状态时的氦气总质量即为充气过程中所有氦气总充气量。高压氦气影响容器内部氦气密度取决于高压氦气的压力和氦气温度。通过测量温度和压力的方式查表差值得到氦气密度，计算氦气的中质量。
33.但是根据实际充气过程的状况分析，高压氦气瓶内部气体温度传感器布置几乎实现不了。
34.为解决上述问题，下面结合图1描述本发明提供的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，浮空器100设置在浮空器存放区，浮空器100通过充气管道200与充气瓶300连通，充气瓶300可通过充气管道200对浮空器进行充气。根据充气的不同需求，充气瓶300可采用氦气瓶或其它气体的瓶体。
35.如图1所示，多路温度分布测量浮空器充气量测量系统包括：压力传感器400、核算终端500和温度传感器600。
36.本实施例中，压力传感器400设置于充气瓶300的瓶口，压力传感器400用于测量充气瓶300内的压力。温度传感器600设置在充气瓶300上，温度传感器600用于测量充气瓶300上的温度。将充气瓶300外壁的温度近似作为气体本身的温度(充气瓶300一般为钢材料传热系数大)。核算终端500可采用手机、电脑或平板等电子设备。
37.本实施例中，核算终端500与压力传感器400和温度传感器600电连接或通讯连接，核算终端500用于在充气瓶充气前控制压力传感器400和温度传感器600获取充气瓶300内的初始压力和初始温度，在充气瓶300充气结束后核算终端500控制压力传感器400和温度传感器600获取充气瓶内的当前压力和当前温度，由此核算终端500可通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器100的第一充气量。
38.在使用该多路温度分布测量浮空器充气量测量系统测量充气量的过程中，在充气前先通过压力传感器400测量充气瓶300内的初始压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的初始温度，核算终端500读取初始压力、初始温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到
初始时充气瓶300内气体的第一质量。
39.充气瓶300充气结束后，再利用压力传感器400测量充气瓶300内的当前压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的当前温度，核算终端500读取当前压力、当前温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到当前充气瓶300内气体的第二质量。
40.根据第一质量和第二质量即可确定浮空器100的第一充气量。其中，第一充气量＝第一质量-第二质量。
41.本发明提供的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，通过将压力传感器400设置于充气瓶300的瓶口，将温度传感器600设置在充气瓶300上，并将核算终端500与压力传感器400和温度传感器600电连接，从而在充气瓶300充气前核算终端500控制压力传感器400和温度传感器600获取充气瓶300内的初始压力和初始温度，在充气瓶300充气结束后核算终端500控制压力传感器400和温度传感器600获取充气瓶300内的当前压力和当前温度，以通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器100的第一充气量，通过上述测量方式能够大幅提升浮空器100充其量的测量精度，从而可准确计算浮空器100的静浮力，为各类浮空器100的试验成功提供了最重要的技术支撑。
42.在另一实施例中，如图1所示，多路温度分布测量浮空器充气量测量系统还包括：流量计700，流量计700设置于充气管道200，流量计700用于测量充气管道200的流量。
43.为了通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定的充气量进行验证，流量计700与核算终端500电连接或通讯连接，核算终端500用于在充气瓶300充气过程中控制流量计700实时获取充气管道200的流量，以在充气瓶300充气结束后确定浮空器100的第二充气量。
44.具体而言，在使用该多路温度分布测量浮空器充气量测量系统测量充气量的过程中，在充气前先通过压力传感器400测量充气瓶300内的初始压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的初始温度，核算终端500读取初始压力、初始温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到初始时充气瓶300内气体的第一质量。
45.充气的过程中，流量计700实时获取充气管道200的流量，在充气瓶300充气结束后确定浮空器100的第二充气量。
46.充气瓶300充气结束后，再利用压力传感器400测量充气瓶300内的当前压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的当前温度，核算终端500读取当前压力、当前温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到当前充气瓶300内气体的第二质量。
47.根据第一质量和第二质量即可确定浮空器100的第一充气量。其中，第一充气量＝第一质量-第二质量。
48.最后可基于第一充气量和第二充气量对两种核算方法进行核算，以确定浮空器100的实际充气量。实际在浮空器100的充气过程中，2种核算方式同时应用互相作为佐证。总结多次充气经验得出结论，在周围环境温度变化不太大的环境中开展浮空器100充气动作，应用多路温度分布测量来监测非定常高压氦气瓶的实时状态，这种高压氦气充气核算方法精度可达1％。可为各类浮空器100的试验成功提供最重要的技术支撑。
49.由于在瓶外对温度测量具有误差，为保证测量精度，在一个实施例中，如图1所示，温度传感器600设有多个，多个温度传感器600间隔吸附于充气瓶300的外表面。温度传感器为铂热电阻温度传感器。铂热电阻温度传感器通过导热硅胶粘接于充气瓶300表面。
50.多个温度传感器600将充气瓶300分为多个区域，以分别计算各个区域内的气体质量。在一个具体地实施例中，温度传感器600设有24个，采用24路温度分布于不同的位置积分得到所有位置的气体质量，累加得到全部气体的质量。
51.具体而言，如图2所示，在充气瓶300内填充的是氦气时，在充气前先通过压力传感器400测量充气瓶300内氦气的初始压力，并通过多个温度传感器600测量充气瓶300不同位置氦气的初始温度，核算终端500读取初始压力、多个初始温度并根据充气瓶内氦气的密度，可得到所有位置的氦气质量，累加得到全部氦气的质量(第一质量)。
52.充气瓶300充气结束后，再利用压力传感器400测量充气瓶300内氦气的当前压力，并通过多个温度传感器600测量充气瓶300不同位置氦气的当前温度，核算终端500读取当前压力、多个当前温度并根据充气瓶内氦气的密度，累加得到全部氦气的质量(第二质量)。
53.根据第一质量和第二质量即可确定浮空器100的第一充气量。其中，第一充气量＝第一质量-第二质量。
54.为便于核算终端500读取每个温度传感器600上的温度，每个温度传感器600上均设有与对应温度传感器600电连接的第一发送装置，第一发送装置与核算终端通讯连接。
55.例如，温度传感器600可通过无线收发串口485的通信方式，进行数据收发。从而在温度传感器600测量温度后，核算终端500可直接获取这些温度数据。
56.相应地，根据需求还可在压力传感器400上设置与其电连接的第二发送装置，第二发送装置与核算终端500通讯连接。
57.例如，压力传感器400可通过无线收发串口485的通信方式，进行数据收发。从而在压力传感器400测量压力后，核算终端500可直接获取这些压力数据。
58.相应地，根据需求还可在流量计700上设置与其电连接的第三发送装置，第三发送装置与核算终端500通讯连接。
59.例如，流量计700可通过无线收发串口485的通信方式，进行数据收发。从而在流量计700测量流量后，核算终端500可直接获取这些流量数据。
60.下面结合图3描述本发明提供的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统的充气量核算方法，该多路温度分布测量浮空器充气量测量系统如图1所示，在此不再赘述。
61.该充气量核算方法具体包括如下步骤：
62.步骤s101：获取充气管充气前瓶内的初始压力以及初始温度。
63.步骤s102：获取充气管充气结束后瓶内的当前压力和当前温度。
64.步骤s103：基于初始压力、初始温度、当前压力和当前温度，确定浮空器的第一充气量。
65.具体而言，在使用该多路温度分布测量浮空器充气量测量系统测量充气量的过程中，在充气前先通过压力传感器400测量充气瓶300内的初始压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的初始温度，核算终端500读取初始压力、初始温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到初始时充气瓶300内气体的第一质量。
66.充气瓶300充气结束后，再利用压力传感器400测量充气瓶300内的当前压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的当前温度，核算终端500读取当前压力、当前温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到当前充气瓶300内气体的第二质量。
67.根据第一质量和第二质量即可确定浮空器100的第一充气量。其中，第一充气量＝
第一质量-第二质量。
68.本发明提供的核算方法，通过将压力传感器400设置于充气瓶300的瓶口，将温度传感器600设置在充气瓶300上，并将核算终端500与压力传感器400和温度传感器600电连接，从而在充气瓶300充气前核算终端500控制压力传感器400和温度传感器600获取充气瓶300内的初始压力和初始温度，在充气瓶300充气结束后核算终端500控制压力传感器400和温度传感器600获取充气瓶300内的当前压力和当前温度，以通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器100的第一充气量，通过上述测量方式能够大幅提升浮空器100充其量的测量精度，从而可准确计算浮空器100的静浮力，为各类浮空器100的试验成功提供了最重要的技术支撑。
69.在一个示例中，获取充气管充气前瓶内的初始压力以及初始温度的步骤之后，获取充气管充气结束后瓶内的当前压力和当前温度的步骤之前，还包括：
70.步骤s104：实时获取充气管道的流量，在充气瓶充气结束后确定浮空器的第二充气量。
71.具体而言，在使用该多路温度分布测量浮空器充气量测量系统测量充气量的过程中，在充气前先通过压力传感器400测量充气瓶300内的初始压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的初始温度，核算终端500读取初始压力、初始温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到初始时充气瓶300内气体的第一质量。
72.充气的过程中，流量计700实时获取充气管道200的流量，在充气瓶300充气结束后确定浮空器100的第二充气量。
73.充气瓶300充气结束后，再利用压力传感器400测量充气瓶300内的当前压力，并通过温度传感器600测量充气瓶300的当前温度，核算终端500读取当前压力、当前温度并根据充气瓶内气体的密度，可得到当前充气瓶300内气体的第二质量。
74.根据第一质量和第二质量即可确定浮空器100的第一充气量。其中，第一充气量＝第一质量-第二质量。
75.此外，基于初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器的第一充气量的步骤之后还包括：步骤s105：基于第一充气量和第二充气量对两种核算方法进行核算，以确定浮空器的实际充气量。
76.在确定第一充气量和第二充气量后，可基于第一充气量和第二充气量对两种核算方法进行核算，以确定浮空器100的实际充气量。实际在浮空器100的充气过程中，2种核算方式同时应用互相作为佐证。总结多次充气经验得出结论，在周围环境温度变化不太大的环境中开展浮空器100充气动作，应用多路温度分布测量来监测非定常高压氦气瓶的实时状态，这种高压氦气充气核算方法精度可达1％。可为各类浮空器100的试验成功提供最重要的技术支撑。
77.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，其特征在于，浮空器通过充气管道与充气瓶连通，所述多路温度分布测量浮空器充气量测量系统包括：压力传感器、核算终端和温度传感器；所述压力传感器设置于所述充气瓶的瓶口，用于测量所述充气瓶内的压力，所述温度传感器设置在所述充气瓶上，用于测量所述充气瓶上的温度；所述核算终端与所述压力传感器和所述温度传感器电连接，所述核算终端用于在所述充气瓶充气前控制所述压力传感器和温度传感器获取所述充气瓶内的初始压力和初始温度，在所述充气瓶充气结束后控制所述压力传感器和所述温度传感器获取所述充气瓶内的当前压力和当前温度，以通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定所述浮空器的第一充气量。2.根据权利要求1所述的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，其特征在于，所述多路温度分布测量浮空器充气量测量系统还包括：流量计，所述流量计设置于所述充气管道，用于测量所述充气管道的流量；所述流量计与所述核算终端电连接，所述核算终端用于在所述充气瓶充气过程中控制所述流量计实时获取所述充气管道的流量，以在所述充气瓶充气结束后确定所述浮空器的第二充气量。3.根据权利要求1所述的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，其特征在于，所述温度传感器设有多个，多个所述温度传感器间隔吸附于所述充气瓶的外表面。4.根据权利要求3所述的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，其特征在于，每个所述温度传感器上均设有与对应所述温度传感器电连接的第一发送装置，所述第一发送装置与所述核算终端通讯连接。5.根据权利要求3所述的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，其特征在于，所述温度传感器为铂热电阻温度传感器。6.根据权利要求3所述的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，其特征在于，所述温度传感器共设有24个。7.根据权利要求1所述的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，其特征在于，所述压力传感器上设有与其电连接的第二发送装置，所述第二发送装置与所述核算终端通讯连接。8.一种利用如权利要求1-7中任一项所述的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统的充气量核算方法，其特征在于，包括：获取充气管充气前瓶内的初始压力以及初始温度；获取充气管充气结束后瓶内的当前压力和当前温度；基于初始压力、初始温度、当前压力和当前温度，确定浮空器的第一充气量。9.根据权利要求8所述的充气量核算方法，其特征在于，所述获取充气管充气前瓶内的初始压力以及初始温度的步骤之后，所述获取充气管充气结束后瓶内的当前压力和当前温度的步骤之前，还包括：实时获取充气管道的流量，在充气瓶充气结束后确定浮空器的第二充气量。10.根据权利要求9所述的充气量核算方法，其特征在于，所述基于初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器的第一充气量的步骤之后还包括：
基于第一充气量和第二充气量对两种核算方法进行核算，以确定浮空器的实际充气量。

技术总结
本发明涉及浮空器测量领域，提供一种多路温度分布测量浮空器充气量测量系统及核算方法，该系统包括压力传感器、核算终端和温度传感器；压力传感器设置于充气瓶的瓶口，温度传感器设置在充气瓶上，核算终端用于在充气瓶充气前控制压力传感器和温度传感器获取充气瓶内的初始压力和初始温度，在充气瓶充气结束后控制压力传感器和温度传感器获取充气瓶内的当前压力和当前温度，以通过初始压力、初始温度、当前压力和当前温度确定浮空器的第一充气量。本发明提供的多路温度分布测量浮空器充气量测量系统，通过测量充气前后的瓶内压力和温度即可确定浮空器的充气量，大幅提升了浮空器充其量的测量精度，为各类浮空器的试验成功提供了最重要的技术支撑。供了最重要的技术支撑。供了最重要的技术支撑。


技术研发人员：秦玉梅 杜千仟 付强 何泽青 杨燕初 何小辉
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/23