CN113758595A - 一种具有太阳辐照和气压温度补偿功能的电阻式温度脉动仪 - Google Patents

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李兴广
王冉
丁焕懿
佟首峰
张雷
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Abstract

本发明公开了一种具有太阳辐照补偿功能的电阻式温度脉动仪，包含铂丝探头、PGA900信号调节器、STM32板、S12SD紫外线传感器、BME680数字传感芯片、OLED显示模块。考虑到环境中的太阳光照对温度脉动检测产生的影响，创新性的将光电探测器和S12SD紫外线传感器结合起来克服了太阳辐照对温度检测的影响，利用S12SD紫外线传感器的输出电压可以检测出光照强度，利用公式可以消除太阳光照的影响，解决了现有温度脉动仪由于外部环境影响出现较大误差的问题，可以使得该温度脉动仪可以在晴天、多云、阴天等不同的环境状况下正常工作。本专利选用的模块都具有集成度高，功耗低等特点，可准确测量大气折射率结构常数。

Description

一种具有太阳辐照和气压温度补偿功能的电阻式温度脉动仪
技术领域
本发明属于一种大气光学技术领域的电子测量设备，主要适用于大气、航天、军事等领域，具体涉及一种具有太阳辐照补偿功能的电阻式温度脉动仪。
背景技术
大气折射率变化对光传输影响十分巨大，因此研究大气折射率结构常数间接研究了光传输。大气折射率结构常数用
Figure BDA0002809102930000013
表示，计算公式如下
Figure BDA0002809102930000011
上式中P为大气压强，单位是:hPa，T为热力学温度，单位是:K。 <>表示对测试的数个样本取平均值，r为两个铂丝探头之间的距离可以设置为0.5m-1m之间，我们一般设置为0.75m，T(x1)、T(x1+r)分别为两个铂丝探头的温度。
国内外有多个团队研究温度脉动仪，参考专利ZL03132245.X、 ZL201210499606.5及文献“基于双通道恒温风洞的温度脉动仪检测系统[J].大气与环境光学学报”。都没有考虑太阳光辐照对铂丝探头温度的影响，大气折射率结构常数
Figure BDA0002809102930000012
的数量级为10-18m-2/3，对测量精度要求很高。如果出现天气情况的变化会导致大气折射率结构常数测量不准确，如果不采取方法消除这种误差将会给温度脉动仪带来很大的系统误差。
随着传感器技术的发展，具有越来越多功能的传感器被发明出来，本专利采用的S12SD紫外线传感器模块可以准确检测紫外线强度，根据输出电压值可以计算出紫外线的强度大小，利用算法消除误差。
现有的温度脉动仪都是利用探头直接测量环境温度的差值，此时如果外界光照变化对铂丝温度产生影响，此类误差是无法估计的，因此导致测量结果会产生误差。此外，现有的温度脉动仪需要设计单独的信号放大电路、滤波电路，集成度不够高，设备不便于携带。
发明内容
本发明的目的在于设计一种具有太阳辐照和气压温度补偿功能的电阻式温度脉动仪，以解决上述提出的问题。
为了实现上述要求，本发明提出的技术方案如下：一种具有太阳辐照和气压温度补偿功能的电阻式温度脉动仪，包含有铂丝电阻、 S12SD紫外线传感器模块、STM32板、PGA900信号调节器、BME680 数字传感芯片、OLED显示模块。
本发明采用了S12SD紫外线传感器模块放置在与铂丝探头同一水平线距离相近处可以检测出太阳辐照强度带来的温度差值，利用算法可以消除这部分误差。
本发明采用的BME680数字传感芯片可以检测大气压强与环境温度，其中压力测量精度小于12Pa，环境温度测量精度为0.01℃。
本发明采用的PGA900信号调节器，J16关闭、采取电压模式下的I2C通信模式与STM32板进行通信，PGA900信号调节器具有信号放大电路、模数转换单元、可以对铂丝探头检测到的模拟信号进行放大、AD转换处理后变成对应电压值，通过算法将对应电压值转化成温度变化。
如下图1，①表示铂丝探头②表示受太阳辐照影响的部分③表示无光照被云遮挡的阴影部分，在我们日常测量时，常常会出现突然有阳光照射或者突然有云遮档的情况。对于突然出现的太阳辐照影响如②所示，我们可以利用S12SD紫外线传感器模块，根据该模块输出电压值与紫外线等级呈线性关系可以计算出太阳辐照对铂丝探头温度产生的影响，通过代码设计算法可以消除这部分误差。对于突然出现云遮挡产生阴影部分如③所示，也会对铂丝温度产生影响，我们只需计算此时另一个被太阳辐照的铂丝探头产生的额外温度，减去这个误差即可得到准确的测量值。所述PGA900信号调节器包括有信号放大电路、模数转换单元、输出通信模块、AD处理单元、单总线通信模块。
如下图2，探头的设计可以准确检测两探头处的温度变化、S12SD 紫外线传感器与探头放置在同一水平面可以检测太阳辐照的强度。
如下图3，仪器整体结构原理图，铂丝探头连接在PGA900信号调节器的惠斯通电桥接口处，S12SD紫外线传感器模块、BME680数字传感芯片、OLED显示模块分别与STM32板连接，采取通信方式分别为单总线通信、I2C通信、I2C通信。STM32板与PGA900信号调节器的连接方式采用I2C通信。
附图说明
图1为太阳辐照对探头温度影响原理图
图2为探头设计结构图
图3为仪器应用场景图。

Claims (3)

1.一种具有太阳辐照和气压温度补偿功能的电阻式温度脉动仪，其特征在于：包含有铂丝电阻、S12SD紫外线传感器模块、PGA900信号调节器、STM32板、BME680数字传感芯片、OLED显示模块。所述PGA900信号调节器通过I2C通信协议与STM32板连接。所述STM32板，通过串行扩展总线技术中的单总线技术与S12SD紫外线传感器模块相连，通过I2C串行总线与BME680数字传感芯片和OLED显示屏幕进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种具有太阳辐照和气压温度补偿功能的电阻式温度脉动仪，其特征在于：所述PGA900信号调节器的TP55(SDA)、TP56(SCL)、V3P3(VCC)、GND分别与STM32板的SDA、SCL、VCC、GND相连。
3.根据权利要求1所述的一种具有太阳辐照和气压温度补偿功能的电阻式温度脉动仪，其特征在于：所述两个相距0.75m的铂丝探头分别于PGA900信号调节器的VBRGP引脚和VBRGN引脚相连接。
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