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各种传感器在气象探空仪器中的原理解析

时间:2020-11-26 10:14:46

气象预测对日常学习生活及生产企业指导学生具有非常重要的意义,从古至今人们采用了通过各种教学手段来研究分析天气环境变化,以便可以用于解决实际进行参考。尤其是在科技生态文明建设并不发达的农耕经济时代,天气条件对农业和军事的影响一个非常大。直到上个世纪六十年代以后,气象卫星及相关管理先进理论计算、测量信息技术的出现,人工天气预报才有了比较大的进步。随着我国社会的进步和发展,越来越多的工具被用到气象预测上,搭载了气象探空仪的探空气球便是其中一些较为廉价、方便的一种。

探空气球依靠空气浮力上升,通过搭载的各类气象探空仪器收集、测量所需的数据,然后传回地面中心。其中,温度传感器、湿度传感器和数字压力传感器是这些仪器中比较常见的测量元件,它们分别用于获取气球在上升时温湿度和气压数据。但仅仅只测量是还不够的,同时还需要知道测量所在的区域。因此,还需要通过GPS模块来确定探空气球的经纬度。而后,再结合由气压推算出的海拔高度,这才算是做到了真正的三维空间气象数据测量。

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我国新型探空火箭研发

2016年5月,为掌握海上灾害性天气的发生和发展研究过程,提高学生海洋环境气象灾害的预报精度,中国社会科学院大气物理技术研究所无人艇研发管理团队建设成功企业研制了一种可以基于自控驾驶的半潜式海洋气象观测专用无人艇。

该飞行器是一个自主水面机器人,是世界上第一个能够发射探空火箭的无人驾驶飞行器。该舰基于卫星定位导航和姿态传感器,实现了自动展开、自动观测、自动发射探空火箭和观测数据自动变速器等功能。

该艇可通过发射探空火箭,将下投式探空仪发射至指定高度,在探空仪下落过程中对中下对流层进行高精度的探测。通过探空仪携带的各类传感器元件(温湿度传感器、数字压力传感器等),可准确获取海洋边界层内高垂直分辨的温度、湿度、气压、风速和风向廓线。

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探空气球的工作原理

那么,探空气球究竟应该是什么这个东西呢?简单问题来说,作为自己一个重要载体,气球携带探空仪升空,在上升过程中,探空仪测定方法不同国家高度和经纬度的温度、气压、空气环境湿度等气象信息数据,并将其主要通过使用无线电信号发回地面。具体情况来说,探空仪设备上的绿色部分为探空仪采集板,连接进行采集板的是探臂,在探臂和采集板上共有工作温度、湿度和压力以及传感器,一共是三个方面传感器。

在我国,目前有120个气象探空站,每天都会影响进行分析两次探空气球的放飞。收集到的数据技术不仅可以用于研究我国的气象预报业务,还用于中国国际气象信息数据通过交换。这也意味着,每天我国企业至少一个需要学生使用240个探空仪,每年需要至少8.76万个。

探空仪中的传感器工作原理与制造

总的来说,气象高空探空仪,由对温度、气压、湿度反应灵敏的传感器感应元件及转换电路组成。其中,数字压力传感器等元件的电参量随着空气中的温度、气压、湿度的变化而变化。而转换电路则对变化的电参量进行采集、编码而形成探空数字信号,并通过探空仪发射机发回地面,雷达把探空数据接收下来,就得到空中不同高度的温度、气压和湿度3个气象要素的资料了。

关于社会压力以及传感器的选择工采网给出的解决问题方案是可以用MS5607型号的,

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美国MEAS 高分辨率进行数字经济压力以及传感器 - MS5607-02BA03

该数字经济压力以及传感器与以往的MS5534/5540//5561相比工作压力的分辨正确率由0.1mbar(1米)提升学习到了0.024mbar(20cm),温度进行分辨处理率由0.01°C提高学生到了0.002°C,转换发展时间由之前的35ms提高我们到了1ms。同时通过测量研究范围由10-1100mbar扩大影响到了10-1200mbar。

精度问题并没有得到提高,仍旧是+/-1.5mbar。功耗由以前的4μA降低学习到了1μA。不管是MS5534/5540还是MS5561,他们的16位信号系统均是通过采用的三线SPI传输。而MS5607的24位数据分析可以自己选择SPI或者I2C的方式方法进行控制信号信息传输。

各种传感器在气象探空仪器中的原理解析

温湿度传感器可以选择法国Humirel 数字输出温湿度传感器HTU21D:

新款数字式温湿度进行复合材料传感器HTU21D树立了新的湿度传感器的尺寸和智能化发展典范:采用一个适合回流焊的DFN封装,尺寸仅为3 x 3 x 1mm;提供信息经过不断校正的,线性的I?C数字文化输出控制信号。完全可互换,无需通过重新校正,长期处于饱和后迅速得到恢复,单独标识,符合企业严格的追溯管理要求 。

在探空仪制造过程中,从出厂到升空,需要对仪器进行性能测试。比如,通过压缩机和真空泵,改变箱体的温度和压力,模拟大气压,来对压力传感器准确性进行测试;利用恒温槽进行制冷循环,模拟出气温变化,从而对温度传感器的性能进行测试;还会将湿度传感器放入温湿度检测箱,对其进行检定和校准。此外,还会对探空仪进行无线电信号测试,以检测数据信号能否准确发射。

来源: 每周传感器网络?


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