專利名稱：氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，屬于氣象傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器中，傳感器與氣象參數(shù)探測部分屬于不同的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也各自獨(dú)立。就傳感器而言，各種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中有專門針對(duì)光電器件的，有專門針對(duì)機(jī)械測量的， 或單一針對(duì)熱量、震動(dòng)等參數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，但針對(duì)氣象參數(shù)測量原理的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)幾乎沒有。 在氣象要素中，尤其是溫、濕、壓之間有緊密的相關(guān)性，在現(xiàn)有的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中往往只設(shè)置了單一量的測量模塊及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，沒有將若干量的關(guān)系結(jié)合起來。就氣象參數(shù)探測部分，各種探測方法的描述很多，但全方位描述其測量原理的甚少；多為就其中的某一參數(shù)設(shè)計(jì)了測量儀器，直接測量讀取數(shù)值。在常用的氣象參數(shù)測量儀中對(duì)于每個(gè)氣象要素也只提供一種方法。在多數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量的系統(tǒng)中，往往直接采用封裝好的集成數(shù)字化器件，無法觀測到原理。缺乏對(duì)氣象傳感器的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和全面理解。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述問題，本實(shí)用新型提出了一種氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將各類傳感器與氣象要素向結(jié)合，針對(duì)各氣象要素提供了多種測量原理的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，既有模擬測量方法也有數(shù)字測量方法，打破了通常氣象參數(shù)測量儀上測量方法的單一性。實(shí)現(xiàn)了傳感器相關(guān)學(xué)科與氣象學(xué)科間的滲透融合。本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括傳感裝置、測量電路、顯示儀表、上位機(jī)， 所述的傳感裝置由氣象因素激勵(lì)裝置和傳感元件連接組成，所述的測量電路包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)分別與調(diào)理電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，測量電路中的調(diào)理電路與顯示儀表連接，測量電路中的單片機(jī)與上位機(jī)連接。本實(shí)用新型的有益效果如下1、氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括傳感裝置、測量電路、顯示儀表、上位機(jī)四部分；前三部分以測量為核心，突出了測量基本原理；在此基礎(chǔ)上結(jié)合第四部分是進(jìn)行自動(dòng)化、智能化測量儀器實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)的擴(kuò)展方法。2、提供同一參數(shù)的多種測量原理與實(shí)驗(yàn)?zāi)K，便于對(duì)各種方法的測量結(jié)果加以對(duì)比，根據(jù)不同的環(huán)境要求選用不同原理的測量方法。3、基于氣象要素間的相互關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可進(jìn)行多個(gè)氣象參數(shù)同時(shí)測量用以參數(shù)修正。4、傳感裝置、測量電路中的各功能電路、頻率計(jì)、電壓表都配有鏈接端子，可以實(shí)現(xiàn)測量原理的自主化設(shè)計(jì)。5、在進(jìn)行各氣象要素的測量過程中，對(duì)于某一氣象要素的測量電路可選取測量電路單元中的1個(gè)，2個(gè)或更多單元組成。
[0018]圖1為氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的裝置連接框圖。圖2為各種參數(shù)的基本測量模式。圖3為溫度參數(shù)測量原理圖。圖4為濕度參數(shù)測量原理圖。圖5為風(fēng)速參數(shù)測量原理圖。圖6為兩種測風(fēng)裝置，圖6 (a)為光電傳感器測風(fēng)速裝置圖，圖6 (b)為超聲波傳感器測風(fēng)速裝置圖。圖7為蒸發(fā)量測量裝置圖。圖8為PC機(jī)端口模塊電路圖。圖9為單片機(jī)程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1為氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的裝置連接框圖，包括傳感裝置、測量電路、顯示儀表、上位機(jī)，所述的傳感裝置由氣象因素激勵(lì)裝置和傳感元件連接組成，所述的測量電路包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)分別與調(diào)理電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，測量電路中的調(diào)理電路與顯示儀表連接，測量電路中的單片機(jī)與上位機(jī)連接。可測量的氣象參數(shù)有溫度、濕度、大氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、蒸發(fā)量、輻射量。各種傳感裝置、測量電路中的各電路單元、顯示儀表與PC機(jī)，各單元間設(shè)置連接端子，實(shí)現(xiàn)測量原理的自主選取。PC機(jī)端口模塊與PC機(jī)通過USB線纜連接。傳感裝置包含了傳感元件與相關(guān)裝置；溫度測量裝置中包含電流源、半導(dǎo)體制冷器、熱敏元件；濕度測量裝置中包含小型加濕裝置、濕敏元件；氣壓測量裝置中包含氣壓傳感器；風(fēng)速測量裝置中包含葉輪、光纖傳感器、超聲波傳感器；風(fēng)向測量裝置中包含風(fēng)向標(biāo)、編碼盤；蒸發(fā)量測量裝置中包含盛水容器、支架、壓力應(yīng)變計(jì)、超聲波傳感器；輻射量測量裝置中包含電熱堆。各種參數(shù)的基本測量模式如圖2所示?？梢赃B接后測量結(jié)果由顯示儀表讀出；也可以進(jìn)一步送入PC機(jī)，進(jìn)行參數(shù)對(duì)比與修正?？梢赃M(jìn)行單一原理的測量，也可進(jìn)行同一參數(shù)的不同原理同步測量，及多參數(shù)同步測量，通過PC機(jī)的上位軟件進(jìn)行不同測量原理的性能比較。溫度參數(shù)提供兩種測量原理如圖3所示，1、熱敏電阻接入測量電路，熱敏電阻兩端引出接線柱，與電壓表相連顯示出隨溫度變化的電壓值。2、用熱電偶作為傳感器，經(jīng)放大電路再接電壓表顯示出隨溫度變化的電壓值。熱敏電阻和熱電偶用導(dǎo)熱硅膠粘帖在半導(dǎo)體制冷器的同一側(cè)，半導(dǎo)體制冷器的另一側(cè)安裝鋁片。半導(dǎo)體制冷器的制冷與制熱通過電流源調(diào)節(jié)。濕度參數(shù)提供兩種測量原理如圖4所示，分別為電阻式濕敏元件測量方法和電容式濕敏元件測量方法，兩種元件分別與各自測量電路相連再接輸出端子。在電阻式濕敏元件測量時(shí)，同時(shí)測量溫度用以修正。濕敏元件旁安裝小型加濕裝置以改變濕敏元件周邊濕度。氣壓參數(shù)提供兩種測量原理，分別為壓阻式與電容式傳感器測量方法，結(jié)構(gòu)與濕度測量相同。[0036]風(fēng)向測量提供風(fēng)向標(biāo)與編碼盤整合一體的部件，并留出輸出端子，風(fēng)速的測量提供兩種測量原理如圖5所示1、葉輪安裝在支架上，在其中一個(gè)葉片上方粘貼一白色反光片如圖6 (a)所示，，光纖一端對(duì)準(zhǔn)反光片所在圓周，風(fēng)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，光線傳感器接收反光片的反射信號(hào)，形成輸出頻率值。2、由兩對(duì)并排相對(duì)安裝的超聲波傳感器分別探測順風(fēng)和逆風(fēng)的時(shí)差如圖6 (b)所示，由差值和收發(fā)間距轉(zhuǎn)換成速度。蒸發(fā)量測量提供兩種測量原理如圖7所示，1、超聲波測量，在盛水容器上方水平方向安裝向下探測水面距離的超聲波傳感元件，經(jīng)測量電路將距離轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出以便做后期電量與蒸發(fā)量的換算。2、稱重法測量，在盛水容器底部安裝壓力應(yīng)變計(jì)，通過測量電路，測量在蒸發(fā)過程中由中立變化引起的電壓變化量。輻射量測量提供電熱堆測量原理。電熱堆的一端涂黑，另一端用反光薄膜粘帖，經(jīng)測量電路輸出電壓值顯示，可進(jìn)一步換算成輻射量；測輻射量的同時(shí)進(jìn)行溫度測量，用于修正。測量電路模塊中包含了 2組電橋，2組放大電路，2組濾波電路，2組積分電路，1個(gè)電壓-頻率變換電路構(gòu)成，各功能電路之間相互獨(dú)立。在進(jìn)行各氣象要素的測量過程中選取其中的1個(gè)，2個(gè)或更多單元組成完整的測量電路。以溫度測量為例可選擇1個(gè)電橋、1個(gè)放大電路、1個(gè)濾波電路3個(gè)功能電路進(jìn)行測量；如果只是定性測量也可只選擇1個(gè)電橋和1個(gè)放大電路；如果需要放大輸出信號(hào)也可以增選1個(gè)放大電路；原理一樣但可以根據(jù)測量目的對(duì)功能電路進(jìn)行增減。若用電容式濕敏元件測量濕度，可選用1個(gè)積分電路，1個(gè)電壓-頻率變換電路； 同時(shí)選用熱敏元件及其測量電路進(jìn)行溫度測量，用以濕度值修正。在不同的氣象要素測量過程中或同一測量要素的不同測量方法中，各種功能電路可以搭配使用。圖8為PC機(jī)端口模塊電路圖。模塊包含的主要功能芯片為C8051F920單片機(jī)和 232轉(zhuǎn)USB芯片F(xiàn)T232?，F(xiàn)有的PC機(jī)上串口、并口的擴(kuò)展已越來越少，因此采用USB接口作為與PC機(jī)的連接端口。連接線纜更為通用。單片機(jī)內(nèi)置了 AD轉(zhuǎn)換器電路更為簡潔，ad_ inO至ad_in7為八路模擬量輸入端，用以連接氣象要素經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換后得到的模擬量； 100至107為數(shù)字量輸入端用以連接氣象要素經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量。PC機(jī)上安裝FT232芯片的驅(qū)動(dòng)程序。PC機(jī)上的程序在VC6. 0環(huán)境下編寫。軟件功能包括測量參數(shù)與測量原理的選擇，測量結(jié)果顯示，測量結(jié)果修訂，測量結(jié)果比較。如圖9為單片機(jī)程序流程圖，單片機(jī)完成端口、定時(shí)器、串行口初始化以后，等待上位機(jī)發(fā)出測量命令，接收并解析命令包，根據(jù)需要測量的氣象要素與測量時(shí)使用的原理啟動(dòng)對(duì)應(yīng)通道，讀取測量值，將數(shù)據(jù)打包后又串行口傳遞給上位機(jī)進(jìn)一步分析；繼續(xù)接收解析上位機(jī)命令包，若不需繼續(xù)測量則程序結(jié)束；若為繼續(xù)測量的命令，將此命令與前次比較，相同則繼續(xù)測量上一次氣象要素值，重復(fù)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)通道、讀取測量值、上傳數(shù)據(jù)的過程； 若測量要求有變化，根據(jù)新的測量的氣象要素與測量時(shí)使用的原理需求，重新選擇啟動(dòng)通道，再讀取測量值、上傳數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1. 一種氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于包括傳感裝置、測量電路、顯示儀表、上位機(jī)，所述的傳感裝置由氣象因素激勵(lì)裝置和傳感元件連接組成，所述的測量電路包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)分別與調(diào)理電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，測量電路中的調(diào)理電路與顯示儀表連接，測量電路中的單片機(jī)與上位機(jī)連接。
專利摘要一種氣象傳感器測量原理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，屬于氣象傳感器技術(shù)領(lǐng)域。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括傳感裝置、測量電路、顯示儀表、上位機(jī)，所述的傳感裝置由氣象因素激勵(lì)裝置和傳感元件連接組成，所述的測量電路包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)。可用于測量溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、蒸發(fā)量、輻射量，并且提供同一參數(shù)的多種測量原理，根據(jù)不同的環(huán)境要求選用不同原理的測量方法，實(shí)現(xiàn)了傳感器相關(guān)學(xué)科與氣象學(xué)科間的滲透融合。
文檔編號(hào)G09B23/00GK202102622SQ20112020956
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者冒曉莉, 武旭華, 趙靜 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)