专利名称：气象传感器测量原理实验平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气象传感器测量原理实验平台，属于气象传感器技术领域。
背景技术：
现有教学实验仪器中，传感器与气象参数探测部分属于不同的学科，实验设备也各自独立。就传感器而言，各种实验平台中有专门针对光电器件的，有专门针对机械测量的， 或单一针对热量、震动等参数的实验装置，但针对气象参数测量原理的实验平台几乎没有。 在气象要素中，尤其是温、湿、压之间有紧密的相关性，在现有的传感器实验平台中往往只设置了单一量的测量模块及相应实验项目，没有将若干量的关系结合起来。就气象参数探测部分，各种探测方法的描述很多，但全方位描述其测量原理的甚少；多为就其中的某一参数设计了测量仪器，直接测量读取数值。在常用的气象参数测量仪中对于每个气象要素也只提供一种方法。在多数实现自动化测量的系统中，往往直接采用封装好的集成数字化器件，无法观测到原理。缺乏对气象传感器的系统认识和全面理解。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型提出了一种气象传感器测量原理实验平台，将各类传感器与气象要素向结合，针对各气象要素提供了多种测量原理的实验模块，既有模拟测量方法也有数字测量方法，打破了通常气象参数测量仪上测量方法的单一性。实现了传感器相关学科与气象学科间的渗透融合。本实用新型为解决其技术问题采用如下技术方案一种气象传感器测量原理实验平台，包括传感装置、测量电路、显示仪表、上位机， 所述的传感装置由气象因素激励装置和传感元件连接组成，所述的测量电路包括调理电路、模数转换电路和单片机，模数转换电路和单片机分别与调理电路连接，模数转换电路与单片机连接，测量电路中的调理电路与显示仪表连接，测量电路中的单片机与上位机连接。本实用新型的有益效果如下1、气象传感器测量原理实验平台包括传感装置、测量电路、显示仪表、上位机四部分；前三部分以测量为核心，突出了测量基本原理；在此基础上结合第四部分是进行自动化、智能化测量仪器实验与设计的扩展方法。2、提供同一参数的多种测量原理与实验模块，便于对各种方法的测量结果加以对比，根据不同的环境要求选用不同原理的测量方法。3、基于气象要素间的相互关系，本实验平台可进行多个气象参数同时测量用以参数修正。4、传感装置、测量电路中的各功能电路、频率计、电压表都配有链接端子，可以实现测量原理的自主化设计。5、在进行各气象要素的测量过程中，对于某一气象要素的测量电路可选取测量电路单元中的1个，2个或更多单元组成。
[0018]图1为气象传感器测量原理实验平台的装置连接框图。图2为各种参数的基本测量模式。图3为温度参数测量原理图。图4为湿度参数测量原理图。图5为风速参数测量原理图。图6为两种测风装置，图6 (a)为光电传感器测风速装置图，图6 (b)为超声波传感器测风速装置图。图7为蒸发量测量装置图。图8为PC机端口模块电路图。图9为单片机程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明创造做进一步详细说明。如图1为气象传感器测量原理实验平台的装置连接框图，包括传感装置、测量电路、显示仪表、上位机，所述的传感装置由气象因素激励装置和传感元件连接组成，所述的测量电路包括调理电路、模数转换电路和单片机，模数转换电路和单片机分别与调理电路连接，模数转换电路与单片机连接，测量电路中的调理电路与显示仪表连接，测量电路中的单片机与上位机连接。可测量的气象参数有温度、湿度、大气压、风向、风速、蒸发量、辐射量。各种传感装置、测量电路中的各电路单元、显示仪表与PC机，各单元间设置连接端子，实现测量原理的自主选取。PC机端口模块与PC机通过USB线缆连接。传感装置包含了传感元件与相关装置；温度测量装置中包含电流源、半导体制冷器、热敏元件；湿度测量装置中包含小型加湿装置、湿敏元件；气压测量装置中包含气压传感器；风速测量装置中包含叶轮、光纤传感器、超声波传感器；风向测量装置中包含风向标、编码盘；蒸发量测量装置中包含盛水容器、支架、压力应变计、超声波传感器；辐射量测量装置中包含电热堆。各种参数的基本测量模式如图2所示。可以连接后测量结果由显示仪表读出；也可以进一步送入PC机，进行参数对比与修正。可以进行单一原理的测量，也可进行同一参数的不同原理同步测量，及多参数同步测量，通过PC机的上位软件进行不同测量原理的性能比较。温度参数提供两种测量原理如图3所示，1、热敏电阻接入测量电路，热敏电阻两端引出接线柱，与电压表相连显示出随温度变化的电压值。2、用热电偶作为传感器，经放大电路再接电压表显示出随温度变化的电压值。热敏电阻和热电偶用导热硅胶粘帖在半导体制冷器的同一侧，半导体制冷器的另一侧安装铝片。半导体制冷器的制冷与制热通过电流源调节。湿度参数提供两种测量原理如图4所示，分别为电阻式湿敏元件测量方法和电容式湿敏元件测量方法，两种元件分别与各自测量电路相连再接输出端子。在电阻式湿敏元件测量时，同时测量温度用以修正。湿敏元件旁安装小型加湿装置以改变湿敏元件周边湿度。气压参数提供两种测量原理，分别为压阻式与电容式传感器测量方法，结构与湿度测量相同。[0036]风向测量提供风向标与编码盘整合一体的部件，并留出输出端子，风速的测量提供两种测量原理如图5所示1、叶轮安装在支架上，在其中一个叶片上方粘贴一白色反光片如图6 (a)所示，，光纤一端对准反光片所在圆周，风带动叶轮旋转，光线传感器接收反光片的反射信号，形成输出频率值。2、由两对并排相对安装的超声波传感器分别探测顺风和逆风的时差如图6 (b)所示，由差值和收发间距转换成速度。蒸发量测量提供两种测量原理如图7所示，1、超声波测量，在盛水容器上方水平方向安装向下探测水面距离的超声波传感元件，经测量电路将距离转换成电信号输出以便做后期电量与蒸发量的换算。2、称重法测量，在盛水容器底部安装压力应变计，通过测量电路，测量在蒸发过程中由中立变化引起的电压变化量。辐射量测量提供电热堆测量原理。电热堆的一端涂黑，另一端用反光薄膜粘帖，经测量电路输出电压值显示，可进一步换算成辐射量；测辐射量的同时进行温度测量，用于修正。测量电路模块中包含了 2组电桥，2组放大电路，2组滤波电路，2组积分电路，1个电压-频率变换电路构成，各功能电路之间相互独立。在进行各气象要素的测量过程中选取其中的1个，2个或更多单元组成完整的测量电路。以温度测量为例可选择1个电桥、1个放大电路、1个滤波电路3个功能电路进行测量；如果只是定性测量也可只选择1个电桥和1个放大电路；如果需要放大输出信号也可以增选1个放大电路；原理一样但可以根据测量目的对功能电路进行增减。若用电容式湿敏元件测量湿度，可选用1个积分电路，1个电压-频率变换电路； 同时选用热敏元件及其测量电路进行温度测量，用以湿度值修正。在不同的气象要素测量过程中或同一测量要素的不同测量方法中，各种功能电路可以搭配使用。图8为PC机端口模块电路图。模块包含的主要功能芯片为C8051F920单片机和 232转USB芯片FT232。现有的PC机上串口、并口的扩展已越来越少，因此采用USB接口作为与PC机的连接端口。连接线缆更为通用。单片机内置了 AD转换器电路更为简洁，ad_ inO至ad_in7为八路模拟量输入端，用以连接气象要素经测量电路转换后得到的模拟量； 100至107为数字量输入端用以连接气象要素经测量电路转换后得到的数字量。PC机上安装FT232芯片的驱动程序。PC机上的程序在VC6. 0环境下编写。软件功能包括测量参数与测量原理的选择，测量结果显示，测量结果修订，测量结果比较。如图9为单片机程序流程图，单片机完成端口、定时器、串行口初始化以后，等待上位机发出测量命令，接收并解析命令包，根据需要测量的气象要素与测量时使用的原理启动对应通道，读取测量值，将数据打包后又串行口传递给上位机进一步分析；继续接收解析上位机命令包，若不需继续测量则程序结束；若为继续测量的命令，将此命令与前次比较，相同则继续测量上一次气象要素值，重复启动对应通道、读取测量值、上传数据的过程； 若测量要求有变化，根据新的测量的气象要素与测量时使用的原理需求，重新选择启动通道，再读取测量值、上传数据。
权利要求1. 一种气象传感器测量原理实验平台，其特征在于包括传感装置、测量电路、显示仪表、上位机，所述的传感装置由气象因素激励装置和传感元件连接组成，所述的测量电路包括调理电路、模数转换电路和单片机，模数转换电路和单片机分别与调理电路连接，模数转换电路与单片机连接，测量电路中的调理电路与显示仪表连接，测量电路中的单片机与上位机连接。
专利摘要一种气象传感器测量原理实验平台，属于气象传感器技术领域。该实验平台包括传感装置、测量电路、显示仪表、上位机，所述的传感装置由气象因素激励装置和传感元件连接组成，所述的测量电路包括调理电路、模数转换电路和单片机。可用于测量温度、湿度、气压、风向、风速、蒸发量、辐射量，并且提供同一参数的多种测量原理，根据不同的环境要求选用不同原理的测量方法，实现了传感器相关学科与气象学科间的渗透融合。
文档编号G09B23/00GK202102622SQ20112020956
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者冒晓莉, 武旭华, 赵静 申请人:南京信息工程大学