CN219142084U

CN219142084U - 一种高精度微压差的测量系统

Info

Publication number: CN219142084U
Application number: CN202223328392.3U
Authority: CN
Inventors: 赵海洋; 李鑫; 李彦恒; 侯立安; 郭永吉
Original assignee: PLA Rocket Force Engineering Design Research Institute
Current assignee: PLA Rocket Force Engineering Design Research Institute
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2032-12-12

Abstract

本实用新型提供了一种高精度微压差的测量系统，所述系统包括测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；所述测量终端阵列包括分别设置于多个待测空间的多个不同的测量点位的测量终端，各个所述的测量终端用于同步测量各自所在测量点位的绝对压强并将测量数据发送至控制终端；所述控制终端用于接收测量终端阵列中各个测量终端上传的测量数据，以实现对各测量点位的压强校准和压差值计算。本实用新型不仅能够实现测量多空间测量点位的微压差分布，还能够消除环境温度变化导致微压差测量时产生的误差，实现提高微压差的测量精度。

Description

一种高精度微压差的测量系统

技术领域

本实用新型涉及环境压差监测领域，尤其是涉及一种高精度微压差的测量系统。

背景技术

在洁净空间形成正压，在污染空间形成负压，在过渡区形成压差梯度，有助于有效保障洁净空间安全、避免污染扩散，具有良好的防护效果。此类措施常用于人防工程、医院、高等级生物实验室等工程。通常，利用空气压差实施安全防护的效果往往与多个房间或通道的压差分布情况相关，压差越大，防护效果越好，同时，也意味着较高的防护成本。因此，为了在适当的压差条件下保障正压或负压措施的有效性，需要利用压差测量系统对各区域的压差分布进行实时监测。

然而，现有的监测手段通常仅涉及监测最内侧和最外侧的压差值，忽视了内外过渡区域压差分布的监测，这将意味着过渡区防护效果不明，在人员进出过程将增加污染物入侵风险。现有的监测手段存在上述问题的原因在于多空间微压差的测量精度要求高，技术难度高，可用设备缺失，从而无法对多空间的微压差进行全面监测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种高精度微压差的测量系统，以解决现有的压差监测手段无法满足多空间微压差的高精度测量要求，测量技术难度高的技术问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高精度微压差的测量系统，所述系统包括测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；

所述测量终端阵列包括分别设置于多个待测空间的多个不同的测量点位的测量终端，各个所述的测量终端，包括：储气仓模块，用于储存空气或惰性气体，以形成参照压强；温度测量模块，用于测量储气仓的环境温度并记录测量时间，将环境温度和温度测量时间作为测量数据通过第一传输模块发送至控制终端；压强测量模块，用于测量所在点位的绝对压强以及储气仓内的参照压强并记录压强测量时间，将绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间作为测量数据通过所述第一传输模块发送至控制终端；

所述控制终端用于接收测量终端阵列中各个测量终端上传的测量数据，以实现对各测量点位的压强校准和压差值计算。

进一步地，所述测量终端阵列包括至少两个测量终端。

进一步地，所述测量终端，还包括第一传输模块；

第一传输模块，用于与控制终端进行通信，以将温度测量模块和压强测量模块的测量数据以无线传输形式发送至控制终端。

进一步地，所述测量终端，还包括第一数显模块；

第一数显模块，用于对所述温度测量模块和压强测量模块的测量数据进行显示；

进一步地，所述测量终端，还包括第一存储模块；

第一存储模块，用于对所述温度测量模块和压强测量模块的测量数据进行数据存储。

进一步地，所述测量终端，还包括第一电源模块；

第一电源模块，用于为测量终端中各个组成模块供电。

进一步地，所述控制终端，包括第二传输模块和数据处理器；

第二传输模块，用于与测量终端进行通信，以接收各个测量终端发送的测量数据，并发送到数据处理器；

数据处理器，用于根据测量数据监控各个测量点位的所述绝对压强的波动情况，以根据所述测量数据及波动情况实现对各测量点位的压强校准和压差值计算。

进一步地，所述控制终端，还包括第二数显模块；

第二数显模块，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器计算得到的各个测量点位的压差值进行显示。

进一步地，所述控制终端，还包括第二存储模块；

第二存储模块，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器计算所得压差值进行数据存储。

进一步地，所述控制终端，还包所述第二电源模块；

第二电源模块，用于为控制终端中各个组成模块供电。

本实用新型实施例提出的一种高精度微压差的测量系统，能够实现提高微压差的测量精度，能够降低多空间微压差的测量技术难度，实现精准测量、使用便捷。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型实施例中高精度微压差的测量系统结构框图；

图2为本实用新型实施例中高精度微压差的测量系统的工作原理图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

通常，人防工程三防区域内形成的正压值一般为50Pa～150Pa，而舰艇三防区域内形成的正压值约为500Pa，上述过渡区涉及10余个功能房间；医院隔离区的负压值一般不小于5～10Pa，过渡区通常涉及2～4个通道；在高等级生物安全实验室中，涉及压差分布的房间更多。其中，BSL-4级主实验室与由室外向室内方向上相邻相通的房间的压差，可设为-20～-25Pa，与大气间的负压差为-50Pa或更低；ABSL-4级主实验室与大气间的负压差为-60Pa或更低，其中剖检室为-65Pa或更低。BSL-3级主实验室与相邻房间压差可设为-10～-20Pa，与大气压差可为-30Pa或更低；ABSL-3级主实验室与大气的负压差为-40Pa或更低，其中剖检室为-50Pa或更低。此外，缓冲室与相邻房间可为-10～-15Pa，以外各室可依次低5～10Pa。可见，利用空气压差实施安全防护，其效果往往与多个房间或通道的压差分布情况相关。

目前，压差分布测量主要有两种方式：一是直接法，将两处测量点位连接在压差测量计，直接测量两处风管压差。该方法需要提前预设测量管，对于没有预设压差测量管的测量点位，无法应用直接法进行测量；二是间接法，利用一套测量设备先后测定不同点位的绝对压强，从而确定不同点位的压差分布，由于测定绝对压强所需设备的量程通常大于标准大气压，应用此设备测定较小的压差时容易造成较大的系统误差，另外，利用一套测量设备先后进行测量，测量时间不同步也会存在误差，因此，采用间接法所测的环境压差精度不高，无法满足高精度的测量需要。

因此，本发明设计一种测量精准、使用方便、可适用于多个待测空间的高精度微压差的测量系统。

本实用新型实施例提出的一种高精度微压差的测量系统，如图1所示，所述系统包括测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；

本实施例中，所述测量终端阵列包括至少两个测量终端，在具体实施时，可以设置为2～20个测量终端，优选为5～20个测量终端；所述控制终端可以设置为1个，具体用于通过无线方式收集各测量终端的测量数据，以某点位绝对压强值为基准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差分布。

本实施例中，储气仓模块201内的预制气体填充为空气或惰性气体，压强为90～150kPa；所述温度测量模块202的量程范围为-40～160℃，精度为0.015～0.025℃；所述压强测量模块203的量程范围为500～1000KPa，测量精度为0.05％～2％；测量精度根据多空间的高精度压差测量需求确定，所述压差测量需求一般为0～500Pa的微压差。

本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一传输模块204，第一传输模块204，用于与控制终端进行通信，以将温度测量模块202和压强测量模块203的测量数据以无线传输形式发送至控制终端；

本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一数显模块205；第一数显模块205，用于对所述温度测量模块202和压强测量模块203的测量数据进行显示。

本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一存储模块206；第一存储模块206，用于对所述温度测量模块202和压强测量模块203的测量数据进行数据存储；本实施例中，所述第一存储模块206的容量为1～5G。

本发明实施例中，所述测量终端，还包括第一电源模块207；所述第一电源模块207，用于为测量终端中各个组成模块供电；本实施例中，所述第一电源模块207采用电池实现供电，其电池容量为1000～5000mAh，电压为1.0～2.0V。

本发明实施例中，所述控制终端，包括：第二传输模块301，用于与测量终端进行通信，以接收各个测量终端发送的测量数据，并发送到数据处理器302；数据处理器302，用于根据测量数据监控各个测量点位的所述绝对压强的波动情况，以根据所述测量数据及波动情况实现对各测量点位的压强校准和压差值计算。

具体的，本实施例中，数据处理器302可以根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值；控制终端的数据处理器302可以采用现有微处理实现，其内部的处理程序优选R语言、python、Jul ia、Java等语言进行程序编译，以满足压差数据的处理需要。

本发明实施例中，所述控制终端，还包括第二数显模块303；第二数显模块303，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器302计算得到的各个测量点位的压差值进行显示；

本发明实施例中，所述控制终端，还包括第二存储模块304；第二存储模块304，用于对各个测量终端发送的测量数据及数据处理器302计算所得压差值进行数据存储；本实施例中，所述第二存储模块304容量为16～64G。

本发明实施例中，所述控制终端，还包括第二电源模块305；所述第二电源模块305，用于为控制终端中各个组成模块供电；本实施例中，所述第二电源模块305电池容量10000～50000mAh，电压为1.0～2.0V。

本实施例中，所述第一传输模块204及第二传输模块301通过WIFI或Bluetooth5.0实现数据传输，传输距离为100～150m，传输速度为1～10Mbps；当传输距离大于120m时，还可以增设中继设备，以满足实际传输距离要求。

本实施例中，所述第一数显模块205通过LCD或LED液晶显示模组显示所述测量数据；所述第二数显模块303通过LCD或LED液晶显示模组显示所述测量数据及实际压差值。

图2示意性示出了本发明实施例提出的高精度微压差的测量系统的工作原理图。参照图2，在一个具体的实施例中，测量系统的测量终端阵列包括测量终端1#，测量终端2#，测量终端3#，...，测量终端n#，2＜n≤20，测量终端1#所测得的绝对压强表示为P1，储气仓的环境温度表示为T1，测量终端2#所测得的绝对压强表示为P2，储气仓的环境温度表示为T2，测量终端3#所测得的绝对压强表示为P3，储气仓的环境温度表示为T3，...，测量终端n#所测得的绝对压强表示为Pn，储气仓的环境温度表示为Tn；在测量过程中，测量终端阵列将P1～Pn，T1～Tn通过无线传输的方式发送到控制终端；所述控制终端接收到所述绝对压强及储气仓的环境温度后，判断所述绝对压强的波动情况是否满足测量基准值的选取条件，当预设的时长内绝对压强的波动范围小于预设的波动范围阈值时，即判定满足测量基准值的选取条件；进一步的，根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值。如图2所示，测量终端1#所在点位的校准后的绝对压强为P'1，测量终端2#所在点位的校准后的绝对压强为P'2，测量终端3#所在点位的校准后的绝对压强为P'3，...，测量终端n#所在点位的校准后的绝对压强为P'n；最终计算得到的测量终端1#所在点位的实际压差值为ΔP1，测量终端2#所在点位的实际压差值为ΔP2，测量终端3#所在点位的实际压差值为ΔP3，...，测量终端n#所在点位的实际压差值为ΔPn。

本发明实施例中，计算各个测量点位的绝对压强在预设时长内的波动范围，包括：通过如下计算模型计算各个测量点位的绝对压强在预设时长内的波动范围：

或者

其中，所述预设时长可以根据实际应用需要自由设定，本发明对此不作具体限定。

本发明实施例中，根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，包括：根据预设的第一计算模型计算各个测量终端所在测量点位的绝对压强相对于储气仓内的参照压强的相对压差；所述预设的第一计算模型为：相对压差＝各个测量点位的所述绝对压强－储气仓内的参照压强。

本发明施例中，根据所述测量数据及相对压差对各个测量点位的所述绝对压强进行校准，还包括：根据预设的第二计算模型对各个测量点位的所述绝对压强进行校准；

所述预设的第二计算模型为：

其中，P't表示校准后的各个测量点位的所述绝对压强，P_t表示根据第一计算模型计算得到的相对压差；T₀表示储气仓内的初始环境温度值；T_i表示储气仓内变化后的环境温度值；P₀表示环境温度为T₀时在储气仓测量到的参照压强。

本发明实施例中，根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值，包括：根据预设的第三计算模型进行计算各点位的实际压差值；所述预设的第三计算模型为：实际压差值＝校准后的各个测量点位的所述绝对压强－预设的测量基准值。

在一个具体的实施例中，可以将预设时长设置为30S，将预设的波动范围阈值设置为5％。对各个测量点位的所述绝对压强进行采样，具体包括：根据测量数据监控各个测量点位的所述绝对压强的波动情况，若30S内绝对压强的波动范围大于5％，则等待执行各点位的绝对压强的采样操作；在实际应用中，也可以根据需要按下控制终端的“记录”按键进行人工采样，记录瞬时的绝对压强数据；若30S内绝对压强的波动范围小于5％，则对各个测量点位的所述绝对压强进行采样，自动记录绝对压强数据。

在实际应用中，还可以通过人机交互的方式按下按“校准”按键，以根据所述测量数据及波动情况对各个测量点位的所述绝对压强进行校准。对各个测量点位的所述绝对压强进行校准之后，可以按下控制终端的方向按键及“确定”按键选定某一绝对压强数据，作为预设的测量基准值；进一步地，按下控制终端的“计算”按键，以使控制终端根据校准后的绝对压强及预设的测量基准值计算各点位的实际压差值。

本实施例中，当测量点位设置较少时，可使用多个测量终端同时测量同一点位的绝对压强，能够提高测量的准确性。

在一个具体的实施例中，可以设置15个测量终端以组成测量终端阵列，设置1个控制终端，并建立测量终端阵列及控制终端之间的无线连接。为保证测量终端的测量精度，储气仓内预制气体填充为95～105kPa的空气或惰性气体；温度测量模块202量程选用-20～60℃，精度选用0.015℃；压强测量模块203量程选用0～500kPa，精度为0.05％，测量数据与时间严格对应。为保证无线传输效果，第一传输模块204采用WIFI连接，传输距离优选为120m，传输速度为2Mbps；当传输距离超过120m或通道屏蔽较强时，增加中继设备以强化无线数据传输。为降低本发明的制造成本，测量终端的第一电源模块207电量优选为2000mAh，电压为1.5V；控制终端的第二电源模块305电量优选为20000mAh，电压为1.5V。测量终端的第一存储模块206容量优选为2G；控制终端的第二存储模块304优选为32G。对于如上所述测量所需参数、设备及其他参数、设备、编程语言，可以根据实际应用需要自由设置和选用，本发明对此不作具体限制。

本实用新型实施例提出的高精度微压差的测量系统设计巧妙，生产成本低，测量精度高，能够适应多空间环境的高精度微压差测量并降低测量技术的难度，尤其是能够克服现有的高精度微压差测量系统由于测量技术难度高，设备缺失而导致的测量精度大大降低，由于忽略过渡区域的压差监测而导致的压差监测效果不佳等技术缺陷，应用范围广，使用便捷高效。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高精度微压差的测量系统，其特征在于，所述系统包括测量终端阵列和与所述测量终端阵列通信连接的控制终端；

所述测量终端阵列包括分别设置于多个待测空间的多个不同的测量点位的测量终端，各个所述的测量终端，包括：储气仓模块，用于储存空气或惰性气体，以形成参照压强；温度测量模块，用于测量储气仓的环境温度并记录测量时间，将环境温度和温度测量时间作为测量数据发送至控制终端；压强测量模块，用于测量所在点位的绝对压强以及储气仓内的参照压强并记录压强测量时间，将绝对压强、储气仓内的参照压强和压强测量时间作为测量数据发送至控制终端；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量终端阵列包括至少两个测量终端。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量终端，还包括第一传输模块；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测量终端，还包括第一数显模块；

第一数显模块，用于对所述温度测量模块和压强测量模块的测量数据进行显示。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测量终端，还包括第一存储模块；

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测量终端，还包括第一电源模块；

第一电源模块，用于为测量终端中各个组成模块供电。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制终端，包括第二传输模块和数据处理器；

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制终端，还包括第二数显模块；

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制终端，还包括第二存储模块；

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制终端，还包括第二电源模块；

第二电源模块，用于为控制终端中各个组成模块供电。