基于实时操作系统的高空水汽探测系统设计

发布时间：2020-12-30 00:31

　　湿度是大气探测领域中的一个重要研究参数,也是气象监测和预报的基础信息,其准确性将直接影响到高空大气情况分析和预报结果。传统冷镜式露点仪虽然精度高,但是价格昂贵,结构复杂,而性能简单、价格低廉的湿度传感器并不能满足气象观测中对精度的要求。因此,设计一款精度高、性能好、结构简单且价格适宜的湿度测量系统尤为重要。本文提出了一种基于实时操作系统的高空水汽探测系统设计方案,选用STM32F103作为系统主控芯片,采用微机电系统（MEMS）技术设计露点传感器探头,并使用高精度、低噪声的数字电容转换器AD7746采集MEMS电容值,结构简单且能保证系统精度要求。选用半导体制冷器进行系统温度控制模块设计,针对传统PID控制算法的参数自适应能力有限及响应速率较慢的问题,设计中采用基于BP神经网络的PID控制算法控制制冷器的输出功率,提高参数自适应能力及响应速率,实现MEMS电容表面温度的精确控制。采用高精度模数转换器AD7794测量两路PT100铂电阻温度传感器的电压,通过数学计算实现待测环境的环境温度及露点温度的测量,最终利用Goff-Gratch公式进行露点温度和环境温度与湿度间的转换,实现大气湿度... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１电阻型湿度传感器结构图??１９５５年，美国Ｍａｒｔｉｎ?Ｐｏｐｅ研制成以聚苯乙烯磺酸离子交换树脂为感湿材料的高分??

它以光电技术为袪础，Ａ冇Ａ精度、Ａ准确性，足豳点仪发Ｍ过程中的重耍研宂。现如??今冷镜式沲点仪的工作哚理都较为相似，通过将温度传感器与光电传感器结合在起实??现褡点冇效检测，其工作原理如图１．４所示。冷镜式崙点仪主要采用露点的光学冷凝原??理，，待测潮況气体进入设备露点检测部分时，若镜面的温度高于此时环境中的露点温??度，说明此时镜面足Ｔ？燥的，露点仪中的检露装置发射的光源在镜面上就全部反射。根??据接收到的光电ｍＨ，对镜面进行温度控制，使其降温至出现冷凝物，３检测到冷凝物??后，对镜面进行加热，使冷凝物再次蒸发，如此反复儿次，直至水蒸汽句水在镜面上达??到热力￥丫？衡状态，此时的镜面温度就被作为被测气体的露点温度［２５］。??入射！Ｉ?反則尤??????一／一？光电Ｒ．感器?一？光电Ｈ？换ｉｌｌ路一＞?中??飞???一?Ｓ??＼?／?ｒ＞?温?”ｉ；ｆｔ?感器?一？?ａｄ?一＞?枞??＝＝＝＝＾．．Ｚ：＝＝ｚ?’?ｍ?Ｓ??ｔｒｕｆｔ］?？＜￣￣—Ｉ?＾?Ｋ－ｊ??｜?Ｍ?冷设?ｆｔ?￣｜?ｄｉ丨电路?器??Ｉ?＇?—?Ｉ????外部ｆｔ？逋示设备?＜?」??图１．４冷静式露点仪Ｔ作原理图??在国内，露点仪的相关研宄起步较晚，由于工艺技术等条件的限制，早期研制出的??露点仪在精度、可靠性等方面与国外的产品存在较大差距。１９９５年

?■?ｒ??，｜瞬：??－乂．：?■：抑，＇??图１．３露点Ｒ产品实物图??其中，冷镜式露点仪是主要的露点仪产品，是湿度量值传递和国际对比标准仪器。??它以光电技术为袪础，Ａ冇Ａ精度、Ａ准确性，足豳点仪发Ｍ过程中的重耍研宂。现如??今冷镜式沲点仪的工作哚理都较为相似，通过将温度传感器与光电传感器结合在起实??现褡点冇效检测，其工作原理如图１．４所示。冷镜式崙点仪主要采用露点的光学冷凝原??理，，待测潮況气体进入设备露点检测部分时，若镜面的温度高于此时环境中的露点温??度，说明此时镜面足Ｔ？燥的，露点仪中的检露装置发射的光源在镜面上就全部反射。根??据接收到的光电ｍＨ


本文编号：2946622