智能大氣壓力測量裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種智能大氣壓力測量裝置，包括殼體、安裝底板、傳感器模塊、數據采集電路板、引壓導管、氣動快速接頭。安裝底板固定在殼體底部，傳感器模塊、數據采集電路板和引壓導管設置在殼體內，數據采集電路板固定殼體內部，傳感器模塊通過雙排插針焊接在數據采集電路板上。傳感器模塊包括氣壓敏感元件和有源晶體振蕩器，氣壓敏感元件采用智能集成氣壓敏感元件MS5534C，可準確測量500-1100hPa范圍內的氣壓，與微控制器的接口方式是SPI數字接口。微控制器采用8位增強型微控制器，數據接口單元輸入端連接微控制器。該測量裝置具有體積小、響應速度快、測量精度高、數字補償等特點，可廣泛用于海洋環境監測站、地面氣象觀測站和船舶氣象站等場合測量大氣壓力。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及大氣環境監測裝置，特別是涉及一種測量大氣壓力的裝置。
技術介紹
大氣壓力與人們的日常生活密切相關。在氣象觀測、海上航行、航天探空、能源開發、交通旅游、環境保護等諸多領域，經常需要對大氣壓力進行測量。氣壓觀測也是海洋環境監測站和艦船氣象的常規觀測項目，氣壓測量在這些領域起著非常重要的作用。大氣壓力測量儀器得到不斷更新和發展，從早期的玻璃水銀氣壓表、空盒氣壓計和沸點氣壓計已經發展到現在常用的數字振筒氣壓儀，實現了氣壓觀測的自動化。現有的自動化大氣壓力測量儀器，采用的測量原理不同，使用過程中存在以下問題1、振筒式氣壓儀通過采集振筒傳感器的振動頻率量，經過其內部的溫度傳感器進行溫度補償后，計算出大氣壓力。它雖然具有測量精度高、穩定性好、量程寬、響應快等優點，但是儀器的體積相對較大，僅適用于地面氣象觀測系統中，在振動和搖擺較大的艦船上并不適用。目前艦船上普遍使用空盒氣壓表進行氣壓觀測，但該氣壓表要求放置在溫度均勻少變，沒有熱源、不直接通風的房間內，要始終避免太陽直接照射，對環境要求較高，而且需要在人工觀測后對數據進行訂正，人員勞動強度大，易出錯，無法適應無人值守的需求。2、部分自動化氣壓測量設備的敏感元件采用分立的小信號模擬輸出半導體器件，需要信號處理電路對輸入信號進行濾波、整形和放大，調理測量電路復雜，測量精度容易受到模擬器件溫漂的影響。3、由于溫度對氣壓的測量結果影響比較顯著，測量電路需要引入相應溫度測量電路進行計算校準，其兩部分電路常常不能合二為一，增加了設計復雜度，氣壓采集和溫漂校準電路未采用高性能微控制器管理和控制，智能化程度較低。4.由于采用模擬量輸出，普通用戶不能根據標準計量部門出具的檢驗報告自行校準傳感器，需要到定期廠家進行校準，增加了用戶使用成本，無法不間斷在線使用。
技術實現思路
針對現有技術的大氣壓力測量所存在的問題，本技術推出一種智能大氣壓力測量裝置，將集成溫度傳感器的數字氣壓敏感元件、數據采集電路、高性能微控制器結合起來。該裝置采用數字電路設計，克服了傳統模擬調理電路設計復雜、精度易受器件溫度漂移影響的缺點，可實現長期、連續、自動測量大氣壓力，并具有數字輸出、自校準、自動標定等智能性特點，可滿足地面氣象觀測系統和艦船對于無人值守氣壓連續觀測的需求。本技術所涉及的智能大氣壓力測量裝置包括殼體、安裝底板、傳感器模塊、數據采集電路板、引壓導管、氣動快速接頭。安裝底板固定在殼體底部，傳感器模塊、數據采集電路板和引壓導管設置在殼體內，數據采集電路板固定殼體內部，傳感器模塊通過雙排插針焊接在數據采集電路板上；殼體的側面開孔安裝接線端子；數據采集電路板包括微控制器、電源單元、數據接口單元、地址編碼單元；傳感器模塊主要包括氣壓敏感元件和有源晶體振蕩器，它們直接焊接在傳感器模塊上，氣壓敏感元件采用智能集成氣壓敏感元件MS5534C，與微控制器的接口方式是SPI數字接口 ；引壓導管一端連接氣壓敏感元件，另一端連接設置在殼體側面的氣動快速接頭；電源單元輸出連接至微控制器、傳感器模塊、數據接口單元的電源輸入引腳；微控制器采用8位增強型微控制器；數據接口單元輸入端連接微控制器。殼體為框形結構，采用鑄鋁合金材料，側面安裝AKZ1700-3. 81型5芯可插撥的接線端子，信號導線一端通過絕緣歐式壓線端子壓接后與該接線端子旋接，另一端與外部氣壓數據采集器相接駁。安裝底板兩端呈圓弧形，使用螺栓通過殼體的內螺紋與殼體相固定。引壓導管用于進行裝置壓力標定，它一端連接傳感器模塊的氣壓敏感元件的不銹鋼保護罩，一端連接氣動快速接頭。氣動快速接頭穿過鑄鋁合金外殼圓通孔后固定在外殼側面。數據采集電路板的電源單元采用二級電源管理方案，負責對輸入的電源進行變換，第一級采用5V輸出的開關電源芯片，其5V輸出連接第二級線性LDO芯片的輸入，LDO芯 片的3V輸出連接至微控制器、傳感器模塊、數據接口單元的電源輸入引腳。微控制器是采集電路的核心部分，負責智能大氣壓力測量裝置的運行和控制。數據接口單元負責完成傳感器數字化輸出的信號轉換工作，其輸入端連接至微控制器的UART0，輸出端連接至接線端子。地址編碼單元用于設置該大氣壓力測量裝置的地址編碼，最大的地址數量為64個，可使用的地址范圍是0-63，編碼單元采用撥碼開關通過上拉電阻連接至微控制器的6個I/O接口。傳感器模塊主要包括氣壓敏感元件和有源晶體振蕩器。傳感器模塊通過雙排插針固定在數據采集電路板上。氣壓敏感元件采用MEMS型智能集成氣壓敏感元件，內含溫度傳感器，可以對測量結果進行溫度補償修正。氣壓敏感元件和其運行所需的有源晶體振蕩器直接焊接在傳感器模塊上，有源晶體振蕩器的頻率是32. 768KHZ。有源晶體振蕩器的第3腳輸出連接至氣壓敏感元件的主時鐘輸入第5腳MCLK。傳感器模塊通過5芯雙排插針焊接至數據采集電路板，提供傳感器模塊的電源和微控制器信號連接通路。雙排插針的第I和第2腳分別是電源+3V和GND，與電源單元3V輸出相連接，第3-5腳是SPI數字接口信號引腳，提供氣壓敏感元件與微控制器的SPI接口信號SCLK、DOUT和DIN的連接通路。為了保證在常溫測量下和在溫度變化時氣壓測量準確度，需要對測量結果進行絕對誤差修正校正和溫度補償修正。修正依照實驗結果進行，首先對氣壓敏感元件進行全范圍的常溫變壓和常壓變溫測試，對測試結果進行數據分析，研究其線性和離散性分布，通過使用最小二乘法計算得到一條修正曲線，將其輸入微控制器，編入程序中。在測量過程中利用這條曲線將獲得的數據作相應的修正，最終獲得準確的測量結果。具體修正方法如下(I)氣壓絕對誤差修正由于氣壓敏感元件具有較高的長期穩定性，在恒定溫度條件下，不同壓力范圍的測量絕對誤差基本可以作為一個固定偏差處理，因而絕對誤差的修正方法就可以直接運用公式下式來完成。P=Pt- Δ P..............................................(I)上式P代表實際氣壓值，Pt代表該大氣壓力測量裝置測量氣壓值，Ap代表絕對誤差。具體做法是，將待測氣壓測量裝置放入到氣壓檢定箱，依據選取的測量點，改變氣壓檢定箱設置氣壓值，等待測量值穩定后記錄氣壓測量裝置不同測量點中的P和Ap，然后依據上式計算修正后氣壓測量值。(2)氣壓的溫度補償該大氣壓力測量裝置中的氣壓敏感元件測量性能受溫度條件影響非常大，通過對裝置進行實驗，在溫度變化的同時取得氣壓測量裝置的輸出，對這些測量結果采用最小二乘曲線方法擬合后，取得曲線的特征值，并將這些參數編入程序中，對因溫度引起的測量誤差進行修正。在測量裝置經過常溫測量誤差和溫度變化測量誤差修正后，通過信號電纜向氣壓數據采集器輸出準確的大氣壓力測量值。本技術涉及的智能大氣壓力測量裝置具有體積小、精度高、輸出數字化、用戶可自校準、可總線組網和智能化的特點，可滿足地面氣象觀測系統和艦船對于無人值守氣壓連續觀測的需求。附圖說明 圖I為本技術涉及的智能大氣壓力測量裝置結構示意圖；圖2為本技術涉及的傳感器模塊和數據采集電路板電路框圖；圖3為本技術涉及的智能大氣壓力測量裝置總線組網設置示意圖。附圖中標記說明I、傳感器模塊2、雙排插針3、有源晶體振蕩器4、數據采集電路板5、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種智能大氣壓力測量裝置，其特征在于：包括殼體、安裝底板、傳感器模塊、數據采集電路板、引壓導管、氣動快速接頭；安裝底板固定在殼體底部，傳感器模塊、數據采集電路板和引壓導管設置在殼體內；數據采集電路板固定殼體內部；傳感器模塊通過雙排插針焊接在數據采集電路板上；殼體的側面開孔安裝接線端子；數據采集電路板包括微控制器、電源單元、數據接口單元、地址編碼單元；傳感器模塊包括氣壓敏感元件和有源晶體振蕩器，它們直接焊接在傳感器模塊上，氣壓敏感元件采用智能集成氣壓敏感元件MS5534C，與微控制器的接口方式是SPI數字接口；引壓導管一端連接氣壓敏感元件，另一端連接設置在殼體側面的氣動快速接頭；電源單元輸出連接至微控制器、傳感器模塊、數據接口單元的電源輸入引腳；微控制器采用8位增強型微控制器；數據接口單元輸入端連接微控制器；地址編碼單元連接微控制器的I/O口。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：門雅彬，成方林，劉佳佳，徐麗萍，張齊，
申請(專利權)人：國家海洋技術中心，
類型：實用新型
國別省市：