本发明专利技术公开了一种智能大气压力测量装置，包括壳体、安装底板、传感器模块、数据采集电路板、引压导管、气动快速接头。安装底板固定在壳体底部，传感器模块、数据采集电路板和引压导管设置在壳体内，数据采集电路板固定壳体内部，传感器模块通过双排插针焊接在数据采集电路板上。传感器模块包括气压敏感元件和有源晶体振荡器，气压敏感元件采用智能集成气压敏感元件MS5534C，可准确测量500-1100hPa范围内的气压，与微控制器的接口方式是SPI数字接口。微控制器采用8位增强型微控制器，数据接口单元输入端连接微控制器。该测量装置具有体积小、响应速度快、测量精度高、数字补偿等特点，可广泛用于海洋环境监测站、地面气象观测站和船舶气象站等场合测量大气压力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气环境监测装置，特别是涉及ー种测量大气压力的装置。
技术介绍
大气压力与人们的日常生活密切相关。在气象观测、海上航行、航天探空、能源开发、交通旅游、环境保护等诸多领域，经常需要对大气压カ进行測量。气压观测也是海洋环境监测站和舰船气象的常规观测项目，气压测量在这些领域起着非常重要的作用。大气压力测量仪器得到不断更新和发展，从早期的玻璃水银气压表、空盒气压计和沸点气压计已经发展到现在常用的数字振筒气压仪，实现了气压观测的自动化。现有的自动化大气压力测量仪器，采用的測量原理不同，使用过程中存在以下问题1、振筒式气压仪通过采集振筒传感器的振动频率量，经过其内部的温度传感器进行温度补偿后，计算出大气压力。它虽然具有測量精度高、稳定性好、量程宽、响应快等优点，但是仪器的体积相对较大，仅适用于地面气象观测系统中，在振动和摇摆较大的舰船上并不适用。目前舰船上普遍使用空盒气压表进行气压观测，但该气压表要求放置在温度均匀少变，没有热源、不直接通风的房间内，要始終避免太阳直接照射，对环境要求较高，而且需要在人工观测后对数据进行订正，人员劳动强度大，易出错，无法适应无人值守的需求。2、部分自动化气压测量设备的敏感元件采用分立的小信号模拟输出半导体器件，需要信号处理电路对输入信号进行滤波、整形和放大，调理测量电路复杂，測量精度容易受到模拟器件温漂的影响。3、由于温度对气压的测量结果影响比较显著，測量电路需要引入相应温度測量电路进行计算校准，其两部分电路常常不能合ニ为一，増加了设计复杂度，气压采集和温漂校准电路未采用高性能微控制器管理和控制，智能化程度较低。4.由于采用模拟量输出，普通用户不能根据标准计量部门出具的检验报告自行校准传感器，需要到定期厂家进行校准，増加了用户使用成本，无法不间断在线使用。
技术实现思路
针对现有技术的大气压カ測量所存在的问题，本专利技术推出ー种智能大气压力測量装置，将集成温度传感器的数字气压敏感元件、数据采集电路、高性能微控制器结合起来。该装置采用数字电路设计，克服了传统模拟调理电路设计复杂、精度易受器件温度漂移影响的缺点，可实现长期、连续、自动測量大气压力，并具有数字输出、自校准、自动标定等智能性特点，可满足地面气象观测系统和舰船对于无人值守气压连续观测的需求。本专利技术所涉及的智能大气压力測量装置包括壳体、安装底板、传感器模块、数据采集电路板、引压导管、气动快速接头。安装底板固定在壳体底部，传感器模块、数据采集电路板和引压导管设置在壳体内，数据采集电路板固定壳体内部，传感器模块通过双排插针焊接在数据采集电路板上；壳体的侧面开孔安装接线端子；数据采集电路板包括微控制器、电源单元、数据接ロ単元、地址编码単元；传感器模块主要包括气压敏感元件和有源晶体振荡器，它们直接焊接在传感器模块上，气压敏感元件采用智能集成气压敏感元件MS5534C，与微控制器的接ロ方式是SPI数字接ロ ；引压导管一端连接气压敏感元件，另一端连接设置在壳体侧面的气动快速接头；电源单元输出连接至微控制器、传感器模块、数据接ロ単元的电源输入引脚；微控制器采用8位增强型微控制器；数据接ロ单元输入端连接微控制器。壳体为框形结构，采用铸铝合金材料，侧面安装AKZ1700-3. 81型5芯可插拨的接线端子，信号导线一端通过绝缘欧式压线端子压接后与该接线端子旋接，另一端与外部气压数据采集器相接驳。安装底板两端呈圆弧形，使用螺栓通过壳体的内螺纹与壳体相固定。引压导管用于进行装置压カ标定，它一端连接传感器模块的气压敏感元件的不锈钢保护罩，一端连接气动快速接头。气动快速接头穿过铸铝合金外壳圆通孔后固定在外壳侧面。数据采集电路板的电源单元采用ニ级电源管理方案，负责对输入的电源进行变换，第一级采用5V输出的开关电源芯片，其5V输出连接第二级线性LDO芯片的输入，LDO芯片的3V输出连接至微控制器、传感器模块、数据接ロ単元的电源输入引脚。微控制器是采集电路的核心部分，负责智能大气压力測量装置的运行和控制。数据接ロ単元负责完成传·感器数字化输出的信号转换工作，其输入端连接至微控制器的UART0，输出端连接至接线端子。地址编码単元用于设置该大气压カ测量装置的地址编码，最大的地址数量为64个，可使用的地址范围是0-63，编码单元采用拨码开关通过上拉电阻连接至微控制器的6个I/O接ロ。传感器模块主要包括气压敏感元件和有源晶体振荡器。传感器模块通过双排插针固定在数据采集电路板上。气压敏感元件采用MEMS型智能集成气压敏感元件，内含温度传感器，可以对测量结果进行温度补偿修正。气压敏感元件和其运行所需的有源晶体振荡器直接焊接在传感器模块上，有源晶体振荡器的频率是32. 768KHZ。有源晶体振荡器的第3脚输出连接至气压敏感元件的主时钟输入第5脚MCLK。传感器模块通过5芯双排插针焊接至数据采集电路板，提供传感器模块的电源和微控制器信号连接通路。双排插针的第I和第2脚分别是电源+3V和GND，与电源单元3V输出相连接，第3-5脚是SPI数字接ロ信号引脚，提供气压敏感元件与微控制器的SPI接ロ信号SCLK、DOUT和DIN的连接通路。为了保证在常温測量下和在温度变化时气压测量准确度，需要对测量结果进行绝对误差修正校正和温度补偿修正。修正依照实验结果进行，首先对气压敏感元件进行全范围的常温变压和常压变温测试，对测试结果进行数据分析，研究其线性和离散性分布，通过使用最小二乗法计算得到一条修正曲线，将其输入微控制器，編入程序中。在测量过程中利用这条曲线将获得的数据作相应的修正，最终获得准确的测量結果。具体修正方法如下(I)气压绝对误差修正由于气压敏感元件具有较高的长期稳定性，在恒定温度条件下，不同压カ范围的測量绝对误差基本可以作为ー个固定偏差处理，因而绝对误差的修正方法就可以直接运用公式下式来完成。P=Pt- A p..............................................(I)上式P代表实际气压值，Pt代表该大气压カ测量装置测量气压值，Ap代表绝对误差。具体做法是，将待测气压測量装置放入到气压检定箱，依据选取的測量点，改变气压检定箱设置气压值，等待測量值稳定后记录气压测量装置不同測量点中的P和Ap，然后依据上式计算修正后气压测量值。(2)气压的温度补偿该大气压カ测量装置中的气压敏感元件測量性能受温度条件影响非常大，通过对装置进行实验，在温度变化的同时取得气压测量装置的输出，对这些測量结果采用最小ニ乘曲线方法拟合后，取得曲线的特征值，并将这些參数編入程序中，对因温度引起的测量误差进行修正。在測量装置经过常温测量误差和温度变化测量误差修正后，通过信号电缆向气压数据采集器输出准确的大气压カ測量值。本专利技术涉及的智能大气压力測量装置具有体积小、精度高、输出数字化、用户可自校准、可总线组网和智能化的特点，可满足地面气象观测系统和舰船对于无人值守气压连续观测的需求。附图说明 图I为本专利技术涉及的智能大气压力測量装置结构示意图；图2为本专利技术涉及的传感器模块和数据采集电路板电路框图；图3为本专利技术涉及的智能大气压力測量装置总线组网设置示意图。附图中标记说明I、传感器模块2、双排插针3、有源晶体振荡器4、数据采集电路板5、安装底板6、接线端子7、气动快速本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种智能大气压力测量装置，其特征在于：包括壳体、安装底板、传感器模块、数据采集电路板、引压导管、气动快速接头。安装底板固定在壳体底部，传感器模块、数据采集电路板和引压导管设置在壳体内；数据采集电路板固定壳体内部；传感器模块通过双排插针焊接在数据采集电路板上；壳体的侧面开孔安装接线端子；数据采集电路板包括微控制器、电源单元、数据接口单元、地址编码单元；传感器模块包括气压敏感元件和有源晶体振荡器，它们直接焊接在传感器模块上，气压敏感元件采用智能集成气压敏感元件MS5534C，与微控制器的接口方式是SPI数字接口；引压导管一端连接气压敏感元件，另一端连接设置在壳体侧面的气动快速接头；电源单元输出连接至微控制器、传感器模块、数据接口单元的电源输入引脚；微控制器采用8位增强型微控制器；数据接口单元输入端连接微控制器；地址编码单元连接微控制器的I/O口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：门雅彬，成方林，刘佳佳，徐丽萍，张齐，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，
类型：发明
国别省市：
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