CN109187621A - 一种探空型水汽探测装置 - Google Patents

一种探空型水汽探测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109187621A
CN109187621A CN201811010029.2A CN201811010029A CN109187621A CN 109187621 A CN109187621 A CN 109187621A CN 201811010029 A CN201811010029 A CN 201811010029A CN 109187621 A CN109187621 A CN 109187621A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
module
cooling
sensor
water vapor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811010029.2A
Other languages
English (en)
Inventor
姚振东
徐宁
李建
王烁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu University of Information Technology
Original Assignee
Chengdu University of Information Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu University of Information Technology filed Critical Chengdu University of Information Technology
Priority to CN201811010029.2A priority Critical patent/CN109187621A/zh
Publication of CN109187621A publication Critical patent/CN109187621A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G01N25/04—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of melting point; of freezing point; of softening point
    • G01N25/06—Analysis by measuring change of freezing point
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F25B21/04—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect reversible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
    • F25B2321/021—Control thereof
    • F25B2321/0212—Control thereof of electric power, current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/062—LED's

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种探空型水汽探测装置、方法，该装置包括：制冷制热控制模块、红外光发射接收模块、4通道交流激励电阻测量模块、传感器、脉冲调宽及驱动电路模块以及数字信号控制器。本发明通过稳定可靠而成本不高的数字技术，将原来基于绝对反射光检测的高准确幅度测量要求的办法，转换为一种基于主动红外反射光变化率检测的技术，对环境光的严密屏蔽要求不再需要，仪器的结构大为简化，成本大为降低，而检测性能大为提高，同时，使用更为方便。

Description

一种探空型水汽探测装置
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种探空型水汽探测装置。
背景技术
大气湿度的地面测量中，最廉价可靠的办法是采用湿敏电容湿度传感器。但是，湿敏电容湿度传感器存在一个很大的缺陷，就是高空湿度测量中，特别是平流层的水汽测量中，显得无能为力。原因是其水汽测量范围要求相对湿度大于2％，而平流层中一般不易达到这一指标，结果在气象探空数据中，20km以上的湿度探测表现为一条平直的直线，不能把低含水量的真实情况观测出来。
光与电磁波对水汽的差分吸收特性，以及露点仪的方法等，均可测出大气中较低的水汽含量。但是，这些方法的设备重量和体积不适合现在气象业务中使用的球载探空系统，因此，不能应用于探空业务中。
而一些较为先进的技术，如石英微天平等，仍处于概念和研发阶段，尚不能在高空探测中实际应用起来。
近些年，国外将地面应用的露点仪技术进行优化，形成了一种可用于探空业务的专用的湿度或水汽含量探空仪。但仍存在一些问题，如瑞士生产的SnowWhite冷镜湿度计(chilled mirror hygrometer)，存在测量偏干的问题。美国生产的冷凝式霜点仪(Cryogenic Frost point Hygrometer，CFH)，则必须使用运输和储存极为不便的冷凝剂，否则无法工作；并且，其光检测基于绝对反射光能量的方法，使用前的标校是一种技术工作，不利于普及使用；另一更大问题就是成本过于昂贵，只能用在科学研究中而不能用于像气候标准观测等业务中。
因此，研究一种新的、适合于气象科学研究和高质量气象探空业务的探空型水汽探测装置十分必要。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于主动红外反射光变化率检测的探空型水汽探测装置，用于测量大气，特别是高空大气中的含水量。
一种探空型水汽探测装置，包括制冷制热控制模块、红外光发射接收模块、4通道交流激励电阻测量模块、传感器、脉冲调宽及驱动电路模块以及数字信号控制器；
所述传感器包括：用于测量制冷制热控制模块温度的传感器、用于测量大气温度和气压的传感器；
所述制冷制热控制模块用于将大气中的水分快速结露或结霜、用于将所结露或所结霜蒸发；
所述红外光发射接收模块用于检测制冷制热控制模块上结露或结霜与否的状态；
所述4通道交流激励电阻测量模块用于与分别与所述各个传感器连接测量所需数据；
所述脉冲调宽及驱动电路模块用于控制冷制热控制模块的工作状态；
所述数字信号控制器用于协调控制所述制冷制热控制模块、红外光发射接收模块、4通道交流激励电阻测量模块、脉冲调宽及驱动电路模块。
进一步地，如上所述的探空型水汽探测装置，所述制冷制热控制模块由半导体致冷器构成，所述半导体致冷器小面积的一端设置有冷镜及冷镜温度检测铂电阻紧密装配在一起的制冷构建；所述导体致冷器大面积的一端与散热片构成大的热惯性端。
进一步地，如上所述的探空型水汽探测装置，所述冷镜采用无氧铜制成。
进一步地，如上所述的探空型水汽探测装置，所述用于测量制冷制热控制模块温度的传感器包括用于测量冷镜镜面温度的温度传感器、用于测量散热片温度的温度传感器。
进一步地，如上所述的探空型水汽探测装置，所述红外光发射接收模块采用850nm波长的发光二极管和同波长的光电转换接收及放大部件构成，二者采用一体化结构。
进一步地，如上所述的探空型水汽探测装置，所述4通道交流激励电阻测量模块采用交流脉冲激励，
其参考电压直接使用激励电压，测量电阻作为测量电桥的一臂。
本发明的优点及积极效果为：
通过稳定可靠而成本不高的数字技术，将原来基于绝对反射光检测的高准确幅度测量的办法，转换为一种基于主动红外反射光变化率检测的技术，对环境光的严密屏蔽要求不再需要，仪器的结构大为简化，成本大为降低，而检测性能大为提高，同时，使用更为方便。
附图说明
图1是本发明提供的探空型水汽探测装置原理框图；
图2是本发明提供的探空型水汽探测装置原理连接框图；
图3是本发明实施例提供的2阶递归型IIR微分器幅频特性曲线图；
图4是本发明实施例提供的6阶滑窗型FIR低通滤波器幅频特性曲线图；
图5是本发明实施例提供的探空型水汽探测装置工作流程图；
图6是本发明实施例提供的探空型水汽探测装置镜面冷却流程图；
图7是本发明实施例提供的探空型水汽探测装置镜面冷凝霜露判断流程图；
图8是本发明实施例提供的探空型水汽探测装置镜面冷凝霜露判断波形图；
其中，图8a为红外发射管光与环境光共同作用下的反射光的回波数据图；图8b波动大的曲线为图8a反射率因子的微分结果窗口比较器输出的结果图；图8c为镜面温度变化曲线；图8d为从镜面结露或结霜时刻读出的露点或霜点实际读取温度值和其测量的标准温度差值曲线图；
图9是本发明实施例提供的探空型水汽探测装置镜面加热流程图；
图10是本发明实施例提供的探空型水汽探测装置镜面干净判断流程图；
图11是本发明实施例提供的红外光发射接收模块TMD2771工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据水的物理特性，在任何温度、气压环境条件下，大气中露点温度与霜点温度直接与大气的含水量有关。如果当前大气含水量并未饱和，可降温使其进入饱和状态，形成结露或结霜。此时的露点或霜点温度所对应的饱和水汽压与原先未饱和水汽压相同，通过露点或霜点温度可以计算出来；而原先温度下的大气饱和水汽压可以通过原先状态下测量出来的温度计算出来。由此二项可计算含水量或相对湿度，本发明装置的原理就是基于此，即：通过数字信号控制器完成制冷制热控制模块中镜面制冷-镜面大气饱和以及加热-清洁镜面的操作，通过红外光电模块完成镜面结露或结霜以及清洁的状态检测，通过其他温度和气压传感器和测量模块完成镜面温度，即露点或霜点温度的检测，以及大气温度和其他辅助温度的检测，并最终完成当前气压的测量。
本发明是这样实现的，一种基于主动红外反射光变化率检测的探空型水汽探测装置，通过制冷控制、结露或结霜状态检测以及当前温度和露点或霜点温度测量，将两种温度转换成大气饱和水汽压和当前水汽压，即可计算大气含水量或相对湿度。具体原理如下：
本发明探空型水汽探测装置的原理框图如图1，连接图如图2所示，该装置结构由数字信号控制器、制冷制热控制模块、脉宽调制及驱动电路、红外光发射接收模块、4通道交流激励电阻测量模块以及温度气压传感器组等部分组成。测量原理是基于水的物理特性，来探测大气含水量，即空气中的含水量直接影响其凝结(结露)与凝华(结霜)温度，或反过来，大气中露点温度与霜点温度直接与大气的含水量有关。测量过程如下：由制冷制热控制模块控制一个带快速温度测量功能的镜面，令其温度迅速下降，引起大气中的水分结露或结霜；通过红外光发射接收模块，检测结露或结霜现象的出现，或镜面是否干净。由4通道交流激励电阻测量模块的1个通道通过镜面温度传感器测量镜面温度，另1个通道通过散热片温度传感器测量制冷制热控制模块的另一端，即散热片的温度；与此同时，4通道交流激励电阻测量模块的其他2个通道分别通过气压传感器测量当时大气的气压，并通过大气温度传感器测量大气的温度。这些测量结果用于计算大气含水量及镜面温度控制。测量完成后对镜面迅速加热，清除露或霜，就可进行下一轮的测量。而制冷制热控制模块则由脉冲调宽及驱动电路来实现制冷制热控制。所有工作由数字信号控制器系统统一指挥，测量结果也由此进行地面测量的有线传输或高空探测的无线发送。仪器指标如下：测量高度为0至30km；测量范围——水汽-干空气体积混合比为1至25000ppmv；测量不确定度为地面2％，对流层底层4％，平流层中层10％；响应时间为地面1s，对流层10s，平流层20s。
制冷制热控制模块
所述制冷制热控制模块由数字信号控制器实施控制，产生制冷或制热控制的模拟电压。该电压表示成V_TEC_ctrl，为0至3V的变化范围，同时伴随一个数字控制信号ON/OFF。当V_TEC_ctrl为1.5V时，ON/OFF为低电平，表示停止制冷或制热；当V_TEC_ctrl大于1.5V时，ON/OFF为高电平，表示进行制冷，V_TEC_ctrl越接近3V，制冷越强劲；当V_TEC_ctrl小于1.5V时，ON/OFF为高电平，表示进行制热，V_TEC_ctrl越接近0V，制热越强劲。
该制冷制热控制模块由半导体致冷器构成，根据帕尔贴效应，流过半导体致冷器的电流大小及方向的不同，在半导体致冷器两端可引起制冷制热作用且强度差异。采用2至3级的半导体致冷器可完成超过100℃的温差控制。将小面积的一端与本装置的冷镜及冷镜温度检测铂电阻有机地紧密装配在一起，而冷镜采用具有高热传导性能的无氧铜制作。大面积的一端与散热片构成大的热惯性端。这就是制冷制热控制模块。
所述制冷制热控制模块可以采用较宽的片状测温铂电阻传感器作为制冷制热控制模块镜面-宽片型测温铂电阻-半导体致冷器连接结构，也可以采用较窄的片状测温铂电阻传感器作为制冷制热控制模块镜面-窄片型测温铂电阻-半导体致冷器连接结构。如果仪器为地面应用，则宽片型更为合适，因为其无需考虑响应时间的问题，接触面越宽，测温准确度更高；如果仪器为气象探空应用，则窄片型更为合适，因为其必须考虑响应时间的问题，接触面越窄，热传导平衡越快，测温速度越快。
脉宽调制及驱动电路模块
所述脉宽调制及驱动电路模块完成控制电压信号到大功率驱动电流的转换。模拟控制电压V_TEC_ctrl与数字控制信号ON/OFF共同作用于脉宽调制及驱动电路，形成大小和方向受控的驱动电流，该驱动电流流过制冷制热控制模块，可实现镜面的制冷及制热及强度的控制。
数字信号控制器
所述数字信号控制器通过脉宽调制及驱动电路模块来对镜面进行冷却控制，大气中的水分在镜面迅速形成结露或结霜，可通过红外光发射接收模块，实现红外光接收变化率的检测，来判断凝结露或霜状态。数字信号控制器是本发明装置的核心，整个装置运行工作的过程和工作状态及节拍的控制都由数字信号控制器控制完成。
红外光发射接收模块
所述红外光发射接收模块采用850nm波长的发光二极管和同波长的光电转换接收及放大部件，二者采用一体化结构，可采用类似TMD2771/TMD27711或类似器件直接使用。红外光发射强度和接收信号放大倍数由数字信号控制器决定。接收信号变成数字信号以后馈送到数字信号控制器中，进行数字信号处理和判断。本申请所述红外光发射接收模块不像其他探空型水汽探测装置那样，为避免干扰，需要使用严密的屏蔽措施，本发明装置的红外光发射接收模块不使用严格的屏蔽措施，只要不被像太阳那样的强红外源直射就行。
具体地，所述红外光发射接收模块检测镜面是否结霜或结露或者蒸发的原理如下：
假设红外发射光产生的反射，经接收、变换和放大及数字化后，变成数据DataIR，红外二极管发射光谱为EIR(λ)，所有发射红外光经过镜面及其上的露或霜后，进入反射的部分为N，而这部分受到镜面及其上的露或霜的反射的总反射率为η(λ)，进入到光电转换的灵敏度为s(λ)，光电转换效率为K，环境光引起的光电流为IAM，红外发射和环境光共同引起的光电流为ITatal。则可导出以下公式：
对(1)式两边进行微分处理，考虑到环境光变化缓慢的特征，由环境光产生的光电流的变化率很小，其微分的结果趋于0。由此，可得以下关系：
(2)式表明，由于镜面结露或结霜引起的反射率变化，乃至光电流与转换数值的变化，可通过总的光电流变化来表示。换言之，测量数据的变化就直接代表了镜面上反射率的变化，也就是结露或结霜现象的发生。
一个满足性能要求的2阶递归型IIR微分器，设计其传递函数如(3)式所示，在数字信号控制器中，以差分方程实现。2阶递归型IIR微分器频率响应见图3。
为了消除一些偶然因素或各种高频干扰的影响，对微分后的数据进行一次低通滤波处理，以平抑不良影响。一个满足性能要求的6阶滑窗型FIR低通滤波器，设计其传递函数如(4)式所示，在数字信号控制器中，以差分方程实现。6阶滑窗型FIR低通滤波器幅频特性见图4。
H(z)＝0.1491+0.1305z-1+0.1620z-2+0.1765z-3+0.1620z-4+0.1305z-5+0.1491z-6---(4)
至此，得到了红外光反射率变化率曲线。在镜面降温过程中，对于变化率大于某个正的特定值的位置开始，表明已经存在了结露或结霜的过程。此时如果读取镜面温度，实际上就是露点或霜点温度了。
一旦完成此操作，就可以对镜面进行清洁处理，即开始升温除露或霜的过程。在镜面加热升温过程中，对于变化率小于某个负的特定值的位置开始，表明已经将露或霜清除干净。
这样，可以重复降温-升温的过程，实现对空气中水汽含量的连续测量。可以看到，这两个反射率变化率的阈值，实际上是一种防抖动的史密斯窗口比较器。这种做法可极大地减少由于上述检测曲线的可能抖动而带来的判断错误或紊乱。
红外光发射接收模块TMD2771工作流程见图11。左图为红外光发射接收模块TMD2771的工作流程，右图为数字信号控制器STM32F407所对应的工作流程。图中自上而下划成的几个部分，表明相同时刻上或时间段内，二者具体工作/操作的内容。图中表示的27.2ms时间为测量所需的积累时间，该积累可获得积累增益，提高信噪比。
此处结合图11把红外光发射接收模块和数字信号控制器的工作流程进行解释说明。TDM2771为红外光发射接收模块，这里为泛指，在本实施例中采用奥地利AMS AG公司(原TAOS公司)产品的型号为TDM2771，可被其他公司的类似产品所替代。
STM32F407为数字信号控制器的泛指，在本实施例中采用ST公司的嵌入式单片微处理器产品的型号为STM32F407，也可采用类似的其他型号，或其他公司的类似产品；还可采用其他公司的数字信号处理器，高性能单片机等替代。
OSC为红外光发射接收模块TDM2771的片内时钟振荡器。
AEN为红外光发射接收模块TDM2771的工作状态控制位，外部控制器可通过I2C总线设置TDM2771的内部控制寄存器进行设置。如AEN＝1，表示TDM2771工作于对入射光的测量状态：对入射光进行接收和光电转换，同时对光电流转换为数字信号，并且对该数字信号实现一定时间的积累，以提高信噪比；积累时间可通过8位寄存器ATIME设置；由计数器升计数至溢出而停止，此时TDM2771片内状态机设置AEN＝0。不管外部或片内控制设置，AEN＝0表示TDM2771停止对入射光的测量。
ADS测量是指TDM2771利用其自带的窄带红外发光管IR发射的850±40nm波长红外测量光产生的反射或后向散射，以及环境因素产生的相近波长红外光产生的直射、反射、折射或指向TDM2771的散射，在TDM2771的光电接收管进行光电转换，并由其ADC对光电流转换为数字信号并进行时间积累得到高信噪比数据的过程。
IR或IR LED指TDM2771自带的窄带红外发光管，能发射850±40nm波长的红外光，用于主动测量。
Flag为STM32F407的程序运行控制位，表示STM32F407的程序运行对TDM2771的测量模式控制，该控制位尽在STM32F407中出现，但对装置的软硬件运行有决定性作用。当Flag＝1，启动TMD2771片内的IR LED工作，STM32F407发射红外光，进行主动测量；Flag＝0，关闭TMD2771片内的IR LED，STM32F407接收环境红外光，进行被动测量。
PON为TDM2771的上电控制位，外部控制器可通过I2C总线设置TDM2771的内部控制寄存器对该控制位进行设置。当PON＝1，TMD2771片内状态机启动工作，模块根据接收到的状态控制位运行相应模式；PON＝0，状态机复位，TDM2771处于待机状态。PEN为TDM2771的距离测量使能控制位，外部控制器可通过I2C总线设置TDM2771的内部控制寄存器对该控制位进行设置。当PEN＝1，TMD2771进行距离测量；PEN＝0，禁止TDM2771运行距离测量。
WEN为TDM2771的状态机等待控制位，外部控制器可通过I2C总线设置TDM2771的内部控制寄存器对该控制位进行设置。当WEN＝1，TMD2771片内状态机进入等待状态；等待时间可通过其他计数器设置，计数时间到，状态机自动复位该位；WEN＝0，状态机退出等待，TDM2771进入下一运行状态。等待状态的设置是为了降低平均功率，即降低运行功耗。
AEN为TDM2771的入射光测量操作允许位，外部控制器可通过I2C总线设置TDM2771的内部控制寄存器对该控制位进行设置。当AEN＝1，TMD2771启动对入射光的光电检测，进行光电转换、光电流到数字的转换以及对该转换数字的一定时间的积累；AEN＝0，TMD2771禁止对入射光的光电检测。
AGAIN为TDM2771的光电转换的光电流放大增益设置寄存器。
ATIME为TDM2771将入射光强转换到数字从而进行数字积累的积累时间设置寄存器。
STM32F407控制TDM2771工作的流程见图11，详细解释如下：
(1)开机上电，TDM2771被复位，进入低功耗睡眠状态，此时，其I2C总线及内部控制寄存器处于激活状态，等待外部控制命令。与此同时或稍后，STM32F407也被复位，运行程序，执行至本控制过程的开始处。
继续执行代码，设置STM32F407的控制管脚为高阻状态，禁止TDM2771的窄带红外发光管IR LED工作；紧接着，设置标志位Flag置位，后续TDM2771的入射光接收状态为IRLED发射红外线的主动测量方式。
(2)顺序执行，程序将TDM2771控制位PON置位，此时，TDM2771内部状态机的时钟振荡器被激活而开始工作，状态机需经过2.72ms后进入稳定状态；为了控制可靠，STM32F407运行程序，等待略大于2.72ms的时间。
(3)TDM2771在PON置位2.72ms后进入空闲循环状态。此时，STM32F407对TDM2771进行预设置：复位PEN、WEN和AEN，禁止TDM2771进行距离测量、禁止TDM2771进入等待状态、禁止TDM2771对入射光进行光电检测。
设置TDM2771的光电流放大增益为120倍，数字积累次数为10次、积累时间为27.2ms。
判断控制标志位Flag是否置位，即TDM2771的后续测量操作是否属于发射红外光的主动测量模式。如是，STM32F407则控制驱动管脚输出高电平，经驱动后强制TMD2771片内的IR LED工作，发射红外光，执行主动测量模式；如不是，STM32F407则控制管脚为高阻状态，禁止TDM2771的窄带红外发光管IR LED工作，执行被动测量模式。
此后，STM32F407等待约5μs，确保通过I2C总线将上述命令控制字送到TMD2771并响应。
顺序执行，将AEN置位，设置入射光测量使能。
(4)此时，TDM2771开启对入射光的测量操作，其中，光电流放大增益为120倍，数字积累次数为10次、积累时间为27.2ms。在STM32F407中，则进入等待状态，等待约30ms，以确保TDM2771测量完成。然后，STM32F407控制管脚为高阻状态，禁止TDM2771的窄带红外发光管IR LED工作，以节省能量。
(5)置位PON，使得TDM2771工作禁止，进入休眠(待机)状态。然后读取TDM2771输出寄存器数据及测量模式标志Flag，即得测量结果及测量模式。将标志Flag取反，以便下次测量为另一模式。这样主动和被动测量模式就交替地持续进行。
程序返回步骤(2)，实现循环测量。
本发明露或霜点温度及大气环境温度与气压检测是通过4通道交流激励电阻测量模块以及温度气压传感器组来实现的，具体地：
4通道交流激励电阻测量模块
所述4通道交流激励电阻测量模块采用交流脉冲激励，其参考电压直接使用激励电压，测量电阻作为测量电桥的一臂，可直接使用两片类似ADI公司的集成芯片AD7195。采用交流测量的优势在于避免了在测量过程中引起欧姆接触点的极化，并尽可能消除由于不同导体连接造成的热电偶效应或由于受潮而形成的微电池效应。
所述4通道交流激励电阻测量模块通过数字信号控制器实施交流脉冲激励，并读取测量电阻参数。
传感器
所述传感器包括用于测量制冷制热控制模块温度的传感器、用于测量大气温度和气压的传感器，其中，温度气压传感器组均为电阻型传感器，用于完成检测当前环境下大气压温度和气压的测量。
具体地，所述传感器包括3组温度测量传感器和1组气压测量传感器。镜面温度测量传感器用于测量冷镜镜面温度，为水汽含量计算所用，与镜面一起组成一个整体；散热片温度传感器用于测量散热片温度，为控制温度，即镜面制冷或加热所用，与散热片共为一体；此外，还有一个大气温度传感器，用于测量大气温度，它是远离制冷制热控制模块并与大气很好接触的独立传感器。对于地面测量，气压传感器的测量动态范围不大，满足一定海拔高度的气压范围即可；对于探空应用，则需要好大的动态范围，因为海平面气压大约为1个大气压，即1000hPa的量级；但到了30km以上的高空中，却只有1hPa的量级。
所有传感器要求快的响应时间和较高的线性特性，以及良好的测量准确度。如果在高空探测中使用，对大气温度传感器还要求较低的辐射接收能力。
本发明提供的探空型水汽探测装置的数据通过无线信道发送到地面，在地面接收终端进行处理。地面接收终端包括1个地面接收机和1台地面计算机。接收机负责接收探空型露-霜点仪的数据，并传递给计算机。
如果水汽凝结物为液态的露，包括过冷水，可采用大气温度适应范围在-45至60℃的世界气象组织第8版公式(WMO No.8equations)计算水平面饱和水汽压，即：
单位是hPa。其中，fp是气压修正系数，t为大气露点温度，单位为℃。fp可通过以下(4)式计算：
fp＝1.0016+3.15·10-6·p-0.074/p-------------------(4)
其中，p是气压，单位是hPa。
如果水汽凝结物为固态的霜，则可采用大气温度适应范围在-100至0.01℃的维萨拉(Vaisala)公司提供的公式来计算冰平面饱和水汽压，即：
单位是hPa。其中，θ＝T/Tn。T是大气温度，单位为K；Tn是水的三相点温度，Tn＝273.16K；Pn是水的三相点水汽压，Pn＝6.11657hPa；a0和a1是系数，a0＝-13.928169，a1＝34.707823。
由于含水量与其水汽压存在唯一对应关系，一定温度下的饱和水汽压是一定的(如需更加准确，可使用气压订正)。因此，根据大气温度，可以计算出其饱和水汽压来。
如果通过冷却形成结露，此时为空气中的水汽已达饱和，形成凝结，则测量到的露点温度可以通过(3)和(4)式计算出该饱和水汽压，也就是原来未冷却时大气水汽分压，另用e来表示；而原来未冷却时的温度通过(3)和(4)式可计算出对应的饱和水汽压，另用es来表示。
同样地，如果通过冷却形成结霜，此时为空气中的水汽已达饱和，形成凝华，则测量到的霜点温度可以通过(5)式计算出该饱和水汽压，也就是原来未冷却时大气水汽分压，另用e来表示；而原来未冷却时的温度通过(5)式可计算出对应的饱和水汽压，另用es来表示。
由此，可通过(6)式可以计算出大气的相对湿度来，其单位是RH％。
如果含水量很低，可使用体积混合比PPMV来表示。通过(7)式可以计算出大气中水汽与干空气的体积混合比，其单位是ppmv。
其中，PW为水汽分压，即(6)式中的e；Ptot为大气总压，单位是hPa。
终端计算机得到这些数据后，按以上方法进行计算，就完成了大气含水量或湿度的垂直廓线观测。
按照现在该类探空型仪器的价格，美国CFH售价约为$3300美元，如果按本方法生产制造，成本大约人民币￥1000元，售价约为￥3000元。目前，按保守估算，在气象科学研究中，如青藏高原大气项目(5观测点*2套/(天*观测点)*180天/年)、华南暴雨项目(5观测点*2套/(天*观测点)*120天/年)、全球气候观测项目(30观测点*2套/(天*观测点)*365天/年)以及极地气象观测项目(2观测点*2套/(天*观测点)*365天/年)等多种高要求大气水汽观测子项中，年使用量约在2万套，每年可节约6千万美元的外汇，或者获得4千万元利润。
本发明还提供一种探空型水汽探测方法，该方法流程图如图5所示，
该方法包括以下步骤：
步骤1：初始化
具体的，所述初始化包括使用前的标校和仪器初始状态的设置两部分；
所述仪器初始状态包括各种标志、工作状态、运行控制状态以及工作时间的初始化，此时，在探空型水汽探测装置的接收端的计算机上，也需输入地面气象要素数据，作为初始数据；
所述使用前的标校包括大气温度传感器和气压传感器的标定以及红外反射光变化率阈值设置三方面工作。镜面温度传感器置于制冷制热镜面一体化结构中，没有可比的条件，其性能依靠传感器本身的特性确定，而传感器在制成制冷制热镜面一体化结构前已经经过测试，因而其性能是可以信赖的。
对于制冷制热镜面一体化结构中的散热片的温度传感器，则无需标定。因为该温度只参与控制过程，并且作为辅助控制参数，不需要精细准确的测量结果。
1.大气温度传感器的标定
大气温度直接参与湿度或含水量的计算，因此大气温度传感器需要标定。该标定过程与当前气象探空业务类似，采用标准气温测量装置来测量包括整个测温范围的几个典型点，以给出校正曲线。
2.大气压力传感器的标定
在要求高的场合，气压作为参与湿度或含水量计算中的修正环节，大气压力传感器需要标定。对于常规要求，或地面测量，该修正参数可以忽略。该标定过程与当前气象探空业务类似，采用地面标准气压测量装置来测量地面气压值，以给出校正的基准点。
3.红外反射光变化率阈值设置
红外反射光变化率阈值决定着判断露霜的灵敏度和响应时间，对仪器的性能具有决定性的作用，因此，该项设置是必须的。
阈值设置很简单，将仪器通过USB接口与计算机连接，通过计算机的程序控制仪器测量地面湿度或含水量的情况，计算机给出测量的响应时间与测量露霜点温度的标准差两个参数，并在一定范围内间隔地设置几对红外反射光变化率阈值(一个正值和一个负值)，找出响应时间最小(标准差会较大)和标准差最小(响应时间会较长)的两对阈值，用程序计算其中值，按此值设置即可。
步骤2：等待升空
具体地，本发明探空型水汽探测装置设置在球载型探空气球中，在气球升空前仪器处于待机状态，在气球升空时，通过数字信号控制器设置一种“升空”状态，告知该装置马上开始工作；
步骤3：气球开始升空并根据气球上升的速度判断气球是否上升到所需高度，如果没有，那么继续根据气球上升的速度判断探空气球的上升高度直到探空气球上升到所需高度；
具体地，装置开始实际运行，启动升空计数器，实现升空计时，由于探空气球的上升速度是恒速，一般在5m/s或6m/s，因此，可以根据计时情况可以大概估计气球——即仪器所在高度。
步骤4：判断镜面是否干净，如果不干净，那么进行镜面除霜/除露操作，然后进行镜面冷却操作以结霜或者结露；如果干净，直接进行镜面冷却操作以结霜或者结露；
具体地，如何确保镜面除霜/除露操作是否彻底，可通过设置预定阀值来确定，该预定阀值可以为加热时间，也可以为气压阀值；
当该预定阀值为加热时间时，由于一定的高度，大气的气压在某一范围，而气压与水的沸点存在严格的关系。这一点，对于清洁镜面很重要，因为镜面是受到结露或结霜而被“污染”，清除露-霜就需要将镜面的液体或固态水加热蒸发干净，由此可以估算加热镜面的温度和加热时间，以此为依据设置加热超时时间，这样，不至于该操作变成死循环；
当该预定阀值气压阀值时，由于利用气压范围与高度的关系，也可得到高度的大致估计，通过测量的气压，也可以设置预定阀值。或结合加热时间和气压阀值两方面数据来确定预定阀值，则具有更高的可靠性。
步骤5：判断镜面是否结露或结霜，如果没有，那么继续进行镜面冷却操作以结霜或者结露操作，直到确认镜面结露或结霜；
步骤6：当镜面结露或结霜后，通过传感器读取温度以及气压数据，形成数据包反馈给数字信号控制器；
步骤7：重复步骤2-步骤6，数字信号控制器由此可以得到N组数据包；
步骤8：数字信号控制器根据得到的N组数据包来计算所设高度的大气压的含水量。
如图6所示，图6为制冷制热模块中镜面冷却过程流程图，该过程通过制冷制热控制模块对镜面进行迅速冷却，促使结露或结霜，以便测量露-霜点温度。
如图6所示，将制冷控制强度分成若干档，越靠近地面，大气中的温度与含水量也越高，需要制冷的程度也就越低。实际设置这些阈值时需要留有足够的裕量。长时间不能达到所设温度，可能是遇到干扰等影响，以超时的状态中止，以便进行下次测量。数字信号控制器控制脉宽调制及驱动电路，由制冷制热控制模块执行该制冷操作。
此处请结合图6详细说明其过程原理。
图6中，TEC表示半导体致冷器，“停止TEC工作”为停止半导体致冷器工作指令；TECSD表示半导体致冷器停运状态标志；t2表示对冷却镜面降温过程的最大允许时间，也叫测量周期；Vcryo为TEC的控制电压最大阈值。
图6右上角曲线表示Vcryo阈值的3种设置情况，通过计数实现气球升空的计时，根据探空气球升速大约为6m/s的恒速的实际情况，假设探空站位于海平面高度，可估计气球(及仪器)在大气中的大概高度。如果探空站低于/高于海平面高度，则在计算中需扣除/叠加其海拔高度。
(1)在气球升空前期，计时为0至2500s期间，气球高度处于大约15000m以下，所处大气温度较高，湿度也较大。通过计算和实际观测结果统计，这种情况下装置将空气中的水汽冷凝成露或霜的空气与镜面温度差不会大于30℃。因此，可采用较小阈值的Vcryo，即Vmin。测量周期设为较小阈值的t2min。
(2)在气球升空中期，计时为2500至3500s期间，气球高度处于大约15000m至25000m之间，所处大气温度中等，湿度中等。通过计算和实际观测结果统计，这种情况下装置将空气中的水汽冷凝成露或霜的空气与镜面温度差不会大于35℃。因此，可采用中等阈值的Vcryo，即Vmid。测量周期设为中等阈值的t2mid。
(3)在气球升空后期，计时为3500至7200s期间，气球高度处于大约25000m至43200m之间，所处大气温度较低，湿度很低。通过计算和实际观测结果统计，这种情况下装置将空气中的水汽冷凝成露或霜的空气与镜面温度差不会大于50℃。因此，可采用较大阈值的Vcryo，即Vmax。测量周期设为较大阈值的t2max。超过7200s时间，气球探空很难达到相应高度，不再考虑其运行情况。
具体流程见图6左，详细描述如下：
程序开始，判断“停止TEC工作”指令是否送到。如果接收到该指令，程序将关闭TEC运行，并设置半导体致冷器停运状态标志TECSD有效；程序继续运行，设置控制TEC的控制电压为0(对应DAC数值为8000h)；最后输出该电压至DAC模块。
如果没有接收到该指令，表示需要TEC运行，程序将开启TEC运行，并设置半导体致冷器停运状态标志TECSD无效；程序继续运行，依据探空时间(即按照上述3个计数时间状况)设置冷却温度和测量周期；紧接着程序启动冷却超时计数。然后，根据上述冷却温度设置TEC最大控制电压Vcryo，并计算DAC输出数值(VDAC＝8000h-Vcryo)。最后，输出该值至DAC模块。
如图7所示，图7是本发明探空型水汽探测装置镜面冷凝霜露判断流程图，图7中，DATA_IR_CH1为TDM2771针对通道1(红外通道)采用主动红外探测获得的数据，DATA_Am_CH1为TDM2771针对通道1(红外通道)采用被动红外探测获得的数据，Mirror_Dew_Frost＝(IR_TEST<Dat1)为逻辑运算，表示如果IR_TEST的数值小于阈值Dat1，则Mirror_Dew_Frost被赋予逻辑值1，否则被赋予逻辑值0。流程如下：
程序开始，读取STM32F407内部实时钟数据，该数据用于标记采集时间。
程序继续执行，读取STM32F407的变换TEC控制电流以及TDM2771的红外发光二极管的两个通道的ADC数据，这两个数据用来分析装置的工作性能。
程序继续执行，STM32F407通过I2C总线读取镜面温度(镜面测温铂电阻乘以温度系数而得)、散热片温度(散热片测温铂电阻乘以温度系数而得)以及大气环境温度(空气环境测温铂电阻乘以温度系数而得)数值。镜面温度和大气环境温度用于计算空气中的水汽含量或湿度，散热片温度用来分析本装置的工作性能。
程序继续执行，STM32F407通过I2C总线读取TDM2771的主动模式下的红外反射率探测数据Data_IR_CH1，以及被动模式下的红外反射率探测数据Data_Am_CH1。
程序继续执行，扣除掉由于被动模式下环境红外造成的影响，得到基于测量红外发光二极管状态下的红外反射率探测数据IR_Test1，即IR_Test1＝Data_IR_CH1-Data_Am_CH1。
程序继续执行，对IR_Test1数据进行6阶FIR低通滤波，以及2阶IIR微分处理，得到去除杂散的红外反射率变化率数据IR_Test。
程序继续执行，将红外反射率变化率数据IR_Test与一个预设的阈值Dat1进行比较。当红外反射率变化率数据小于该阈值，表面镜面已经凝结成霜或露，使得反射率迅速下降。赋予镜面冷凝局部变量Mirror_Dew_Frost为逻辑1。比较结果相反，则赋予逻辑0。
程序继续执行，判断镜面冷凝局部变量Mirror_Dew_Frost是否为逻辑1。若为1，则设置镜面露霜凝结状态标志和加热控制标志；并且，依据气球升空时间计数获得的探空持续(或完成)时间，推算出气球高度，而根据大气不同高度水的大致沸点温度，设置镜面加热清除霜露污染物的超时时间t1。然后启动加热清除霜露污染物的超时计数。
若Mirror_Dew_Frost为逻辑0，则复位镜面露霜凝结状态标志。
至此，本子过程结束，返回调用程序。
图8a为红外发射管光与环境光共同作用下的反射光的回波数据，表示了当前镜面的反射率因子的情况。图8b波动大的曲线为图8a反射率因子的微分结果，表达了反射率的变化情况；波动小的曲线为窗口比较器输出的结果，表明镜面凝结与镜面清洁的情况，即上升沿代表已经结露或结霜，下降沿代表镜面已经清洁干净。图8c为镜面温度变化曲线，携带有露点或霜点温度。图8d为从镜面结露或结霜时刻读出的露点或霜点温度，星形数据为实际读取值，直线虚线为其测量的标准差，该次测量的标准差为0.16℃，可认为露点或霜点温度的测量不确定度为0.16℃。
探空型水汽探测装置镜面加热流程见图9。该过程通过制冷制热控制模块对镜面进行迅速加热，促使露结霜蒸发，清洁镜面，以便进行新一轮测量。
如图9所示，将制热控制强度分成若干档，越靠近地面，大气中的温度与含水量也越高，需要制热的程度也就越高。实际设置这些阈值时需要留有足够的裕量。长时间不能达到所设温度，可能是遇到干扰等影响，以超时的状态中止，以便进行下次测量。数字信号控制器控制脉宽调制及驱动电路，由制冷制热控制模块执行该加热操作。
图9中，TEC表示半导体致冷器，“停止TEC工作”为停止半导体致冷器工作指令；TECSD表示半导体致冷器停运状态标志；t1表示对镜面加热升温过程的最大允许时间，也叫测量周期；Vheat为TEC的控制电压最大阈值。
图9右上角曲线表示Vheat阈值的设置方法，通过计数实现气球升空的计时，根据探空气球升速大约为6m/s的恒速的实际情况，假设探空站位于海平面高度，可估计气球(及仪器)在大气中的大概高度。如果探空站低于/高于海平面高度，则在计算中需扣除/叠加其海拔高度。
(1)在气球升空前期，计时为0至2500s期间，气球高度处于大约15000m以下。此时，在温度t[℃]条件下，气压P与高度H存在如下关系：H≈8000(1+t/273)/P[m/hPa]。而温度与高度也存在一定的关系，显然，温度与气球升空的测量时间Time[s]也存在一定的关系，即：t≈32-0.044*Time[℃]。可以推导得到：P≈8000*(1+(32-0.044*Time)/273)/(6*Time)[hPa]的关系。根据实测的水的沸点温度与气压的关系，考虑5℃的裕量，通过拟合，可以得到沸点温度Tboiltemperature与升空时间Time[s]的关系如下：Tboiltemperature＝106–0.023*Time[℃]。
(2)超过该时间(2500s，或高度15000m)，可采用一种沸点温度(即高度15000m的沸点温度Tboiltemperature)来考虑。
虽然取值不够精确，但是这仅是用于设置最大超时阈值，并且给出了足够的裕量，因此，并不影响过程的控制。
由沸点温度Tboiltemperature确定电压阈值Vheat，通过DAC输出，控制TLC的运行。
具体流程见图9左，详细描述如下：
程序开始，判断“停止TEC工作”指令是否送到。如果接收到该指令，程序将关闭TEC运行，并设置半导体致冷器停运状态标志TECSD有效；程序继续运行，设置控制TEC的控制电压为0(对应DAC数值为8000h)；最后输出该电压至DAC模块。
如果没有接收到该指令，表示需要TEC运行，程序将开启TEC运行，并设置半导体致冷器停运状态标志TECSD无效；程序继续运行，依据探空时间设置加热温度和测量周期；紧接着程序启动加热超时计数。然后，根据上述加热温度设置TEC最大控制电压Vcryo，并计算DAC输出数值(VDAC＝8000h-Vheat)。最后，输出该值至DAC模块。
需要注意的是，送到DAC的电压值是渐变的(图中未标示出来)，即该值送入DAC前要经过一个低通滤波器，以防止突变的阶跃电压损坏TLC器件。
探空型水汽探测装置镜面干净判断流程见图10，图10中，DATA_IR_CH1为TDM2771针对通道1(红外通道)采用主动红外探测获得的数据，DATA_Am_CH1为TDM2771针对通道1(红外通道)采用被动红外探测获得的数据，Mirror_Clear＝(IR_TEST>Dat1)为逻辑运算，表示如果IR_TEST的数值大于阈值Dat1，则Mirror_Clear被赋予逻辑值1，否则被赋予逻辑值0。流程如下：
程序开始，读取STM32F407内部实时钟数据，该数据用于标记采集时间。
程序继续执行，读取STM32F407的变换TEC控制电流以及TDM2771的红外发光二极管的两个通道的ADC数据，这两个数据用来分析装置的工作性能。
程序继续执行，STM32F407通过I2C总线读取镜面温度(镜面测温铂电阻乘以温度系数而得)、散热片温度(散热片测温铂电阻乘以温度系数而得)以及大气环境温度(空气环境测温铂电阻乘以温度系数而得)数值。镜面温度和大气环境温度用于计算空气中的水汽含量或湿度，散热片温度用来分析本装置的工作性能。
程序继续执行，STM32F407通过I2C总线读取TDM2771的主动模式下的红外反射率探测数据Data_IR_CH1，以及被动模式下的红外反射率探测数据Data_Am_CH1。
程序继续执行，扣除掉由于被动模式下环境红外造成的影响，得到基于测量红外发光二极管状态下的红外反射率探测数据IR_Test1，即IR_Test1＝Data_IR_CH1-Data_Am_CH1。
程序继续执行，对IR_Test1数据进行6阶FIR低通滤波，以及2阶IIR微分处理，得到去除杂散的红外反射率变化率数据IR_Test。
程序继续执行，将红外反射率变化率数据IR_Test与一个预设的阈值Dat2进行比较。当红外反射率变化率数据大于该阈值，表面镜面已经清除干净，使得反射率迅速上升。赋予镜面加热局部变量Mirror_Clear为逻辑1。比较结果相反，则赋予逻辑0。
程序继续执行，判断镜面冷凝局部变量Mirror_Clear是否为逻辑1。若为1，则设置镜面干净状态标志和冷却控制标志；并且，依据气球升空时间计数获得的探空持续(或完成)时间，推算出气球高度，而根据大气不同高度的大致温湿度等情况，设置镜面冷却至凝结霜露的超时时间t2。然后启动冷却至凝结霜露的超时计数。
若Mirror_Clear为逻辑0，则复位镜面干净状态(即置位镜面脏污状态)标志。
至此，本子过程结束，返回调用程序。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种探空型水汽探测装置，其特征在于，包括制冷制热控制模块、红外光发射接收模块、4通道交流激励电阻测量模块、传感器、脉冲调宽及驱动电路模块以及数字信号控制器；
所述传感器包括：用于测量制冷制热控制模块温度的传感器、用于测量大气温度和气压的传感器；
所述制冷制热控制模块用于将大气中的水分快速结露或结霜、用于将所结露或所结霜蒸发；
所述红外光发射接收模块用于检测制冷制热控制模块上结露或结霜与否的状态；
所述4通道交流激励电阻测量模块用于与分别与所述各个传感器连接测量所需数据；
所述脉冲调宽及驱动电路模块用于控制冷制热控制模块的工作状态；
所述数字信号控制器用于协调控制所述制冷制热控制模块、红外光发射接收模块、4通道交流激励电阻测量模块、脉冲调宽及驱动电路模块。
2.根据权利要求1所述的探空型水汽探测装置，其特征在于，所述制冷制热控制模块由半导体致冷器构成，所述半导体致冷器小面积的一端设置有冷镜及冷镜温度检测铂电阻紧密装配在一起的制冷构建；所述导体致冷器大面积的一端与散热片构成大的热惯性端。
3.根据权利要求2所述的探空型水汽探测装置，其特征在于，所述冷镜采用无氧铜制成。
4.根据权利要求2所述的探空型水汽探测装置，其特征在于，所述用于测量制冷制热控制模块温度的传感器包括用于测量冷镜镜面温度的温度传感器、用于测量散热片温度的温度传感器。
5.根据权利要求1所述的探空型水汽探测装置，其特征在于，所述红外光发射接收模块采用850nm波长的发光二极管和同波长的光电转换接收及放大部件构成，二者采用一体化结构。
6.根据权利要求1所述的探空型水汽探测装置，其特征在于，所述4通道交流激励电阻测量模块采用交流脉冲激励，其参考电压直接使用激励电压，测量电阻作为测量电桥的一臂。
CN201811010029.2A 2018-08-31 2018-08-31 一种探空型水汽探测装置 Pending CN109187621A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811010029.2A CN109187621A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种探空型水汽探测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811010029.2A CN109187621A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种探空型水汽探测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109187621A true CN109187621A (zh) 2019-01-11

Family

ID=64917523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811010029.2A Pending CN109187621A (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种探空型水汽探测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109187621A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113624626A (zh) * 2021-07-22 2021-11-09 四川省机械研究设计院(集团)有限公司 石膏胶凝材料凝结硬化检测系统及方法
CN117647484A (zh) * 2023-12-07 2024-03-05 中国科学院大气物理研究所 一种简易的水汽标定装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105552695A (zh) * 2015-12-21 2016-05-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于真空环境下的光学元件水冷装置
CN205909848U (zh) * 2016-12-01 2017-01-25 广州奥松电子有限公司 一种新款全自动标定温湿度传感器系统
CN106706708A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 杨斌 快速高精度冷镜式露点仪的控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106706708A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 杨斌 快速高精度冷镜式露点仪的控制方法
CN105552695A (zh) * 2015-12-21 2016-05-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于真空环境下的光学元件水冷装置
CN205909848U (zh) * 2016-12-01 2017-01-25 广州奥松电子有限公司 一种新款全自动标定温湿度传感器系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHENDONG YAO ET AL.: "Experiments of Cryogenic Dew and Frost Point Hygrometer for Upper Air Sounding", 《IGAR 2018-2018 IEEE INERNATIONAL GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING SYMPOSIUM》 *
王森 等: "冷镜式露点检测系统的设计", 《仪表技术与传感器》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113624626A (zh) * 2021-07-22 2021-11-09 四川省机械研究设计院(集团)有限公司 石膏胶凝材料凝结硬化检测系统及方法
CN113624626B (zh) * 2021-07-22 2024-05-07 四川省机械研究设计院(集团)有限公司 石膏胶凝材料凝结硬化检测系统及方法
CN117647484A (zh) * 2023-12-07 2024-03-05 中国科学院大气物理研究所 一种简易的水汽标定装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7319523B2 (en) Apparatus for a liquid chemical concentration analysis system
CN109187621A (zh) 一种探空型水汽探测装置
CN103557960B (zh) 光纤法珀温度传感系统及方法
CN103528957B (zh) 一种气室封装一体化的红外气体传感器
CN104930810B (zh) 冰箱箱体后部内侧积冰检测报警系统
CN110441786B (zh) Tof测距方法及设备
CN109342260A (zh) 一种土壤水分检测系统及其检测方法
CN102128858B (zh) 差值露点测量方法和装置
RU2016131239A (ru) Способ и устройство определения тепловых потерь помещения
Masetti et al. IOT-based measurement system for wine industry
CN201540267U (zh) 墙体热阻现场测量仪
CN105424750B (zh) 基于声表面波敏感元件的露点传感器
CN204346496U (zh) 一种无线风速风温风湿自动记录仪
CN206725041U (zh) 非侵入式液面高度测量装置
CN106526085B (zh) 一种可消除太阳辐射误差的探空湿度测量装置及方法
CN108742033A (zh) 一种基于智能水杯的水温测量系统及方法
CN108572087B (zh) 温度试验箱的参数测试方法及其系统
CN208751744U (zh) 一种温度传感器ad590快速比对测试装置
CN207099905U (zh) 葡萄大棚室内环境远程监测系统
CN2906609Y (zh) 改进型冷镜露点传感器
US20210048388A1 (en) Portable refractometer
CN106209281B (zh) 无线传感器网络rssi衰减模型实地校准装置及方法
CN102879606B (zh) 一种加速度计温度检测及确定温度检测路径的方法和装置
CN207081168U (zh) 一种智能空调温度感应装置
CN217688673U (zh) 一种测量气体露点的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190111