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高精度测量气象六要素传感器气象观测是一项十分严谨又相当繁琐的工作,气象六要素传感器是基础的工作之一,但却是相当重要的,因为气象六要素传感器的质量直接影响气象预报的准确程度。对一定范围内的气象状况及变化进行观察和测定,然后把观测得到的数据结果进行采集和上传,为天气预 报、气候分析及气象研究提供依据,观测工作要系统和连续 地进行,对测得的数据要及时、准确上报。气象六要素传感器服务于多种生态和自然资源环境领域,可以监测和记录气象学、水文学和土壤与建筑活动、以及人为活动对自然的影响。传感器包括但不仅限于风速、风向、太阳辐射、空气温度、水温、土壤温度、相对湿度、降水、雪深、大气压力、土壤含水量、土壤电导率,以及土壤热通量。还可测量水环境因子,和空气环境因子。气象六要素传感器可观测温度、湿度、气压、风速、风向、降水等气象要素,并可获取实景观测图像。采用4G/LoRa/WiFi多种通信方式,保证气象与实景观测数据高频次上传云端。可通过手机APP、dashboard、API接口等方式提供多种形式的气象服务。可实现多设备组网联动,提供稳定可靠的气象数据采集及预报服务。[img=气象六要素传感器,400,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204280917012954_9705_4136176_3.jpg!w690x690.jpg[/img]气象六要素传感器是专门为农业、水文、气象、生态考察研究等开发生产的多要素气象六要素传感器。可测量雨量、风向、风速、温度、大气压力、湿度等常规气象要素,也可根据用户需求定制其它测量要素。气象六要素传感器系统特点:具有性能稳定,检测精度高,无人值守等特点。测量精度高,无须人工参与。节能设计,可选配太阳能电池板,适合无市电地区常年使用。监测要素:环境温度、相对湿度、风速、降水量、光照强度、土壤温度、土壤墒情、水面蒸发、大气压力、风向、太阳辐射。气象站信息处理软件介绍,气象六要素传感器信息处理软件,操作简单、管理方便、集成度高、实时显示,支持数据查询、曲线查询、校正时间等极大方便用户使用,使自动气象信息管理变的方便可靠。[img=气象六要素传感器,400,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/04/202204280917260421_6672_4136176_3.jpg!w690x690.jpg[/img]
导读:我国突发性灾害发生的频率在逐年增加,由于气候极端异常,给人民生命财产安全带来了极大的危害。物联网技术的成功应用可以为气象预测安装上一双“智慧电子眼”,通过地面高精度气压传感器可收集到当地雨量和次声波等信息,通过互联网传输到地面自动气象站进行实时的气象数据监控和分析,根据分析结果,实施预警报告的分级警告。 近些年来,我国气候异常事件频发,如南方冰冻雨雪极端低温,南方持续干旱后的集中降雨引起的洪水,还有部分地区的高温天气。2008年奥运会开幕前每隔1小时的天气预报,让人们对天气的精准预报有了更高的期待。 我国突发性灾害发生的频率在逐年增加,由于气候极端异常,给人民生命财产安全带来了极大的危害。目前我国应对突发性自然灾害侧重在事后应急机制,对事前防范、强化气象预测和预警的力度不够。尽管,我们现在具备很多现代化的技术手段进行气象预报,如卫星、雷达等监控措施,但是由于在极端天气下设备的稳定性能差,边远地区通讯障碍等局限因素,直接导致我国的气象预报精度不够。 地质灾害催熟气象智能化 目前我国气象监控预测技术还比较落后,集中暴露出预警不精确、人为干扰大、自动化水平低下等问题。在这种情况下,就对气象智能化的发展提出了更高要求。 在信息化社会,任何气象智能化技术的发展和应用都离不开传感器和信号探测技术的支持。物联网技术的成功应用可以为气象预测安装上一双“智慧电子眼”,通过地面高精度气压传感器可收集到当地雨量和次声波等信息,通过互联网传输到地面自动气象站进行实时的气象数据监控和分析,根据分析结果,实施预警报告的分级警告。 将物联网技术应用到自然灾害的监控领域是必然之举,与传统气象预测相比,无线化、智能化的气象预测监控系统之所以倍受青睐,就在于其畅通、快速、精确稳定的通信信道。 地面高精度气压传感器让气象预报不再“爽约” 频频发生的自然灾害并不是不可控的,更重要的是要提高气象预测的精准度,真正实现灾害提前预警,从而将灾害损失减到最低。 传统的气象预测精度差有多方面的因素,我国地形复杂、技术设备在极端天气下的稳定性能差、边远地区通讯信号差等。这些都制约着气象预测数据的精准度和及时性。地面高精度气压传感器是以无线遥感网络来测量边远和恶劣地区的环境情况,将监测数据借助通讯产品进行传输,反馈到地面自动气象站,利用监控软件对数据进行分析处理,实施气象预警的分级告警。这一监控预警系统为自然灾害的及时检测和预警预报提供了畅通、快速、精准可靠的信号通道,让气象预报不再“爽约”,全面提升气象预测的信息化和智能化水平。 责任重于泰山,技术造福人类 面对国内日益频发的自然灾害,北京市科学技术委员会推出“地面高精度气压传感器产业化关键技术攻关”科技计划项目,进行利用物联网传感技术预测自然灾害的研究。昆仑海岸作为物联网技术应用领域内的骨干企业,承接了本次研究项目的关键技术攻关和传感器芯片的批量化生产关键技术的研发。 作为中国物联网行业传感器领域快速前进的参与者、见证者和领跑者,北京昆仑海岸一直紧贴物联网行业应用的脉搏,深入研究物联网技术在各行各业的应用。凭着对物联网行业的专注和默默耕耘,公司始终以技术创新为发展动力,重视研发新产品和新技术,同时积极开展与相关机构的科研合作和技术交流。北京昆仑海岸在压力、湿度、流量、风向等传感器(变送器)以及相应的仪器仪表研发方面具备很好的研究经验和研发能力。凭着丰富的行业经验、领先的技术优势,北京昆仑海岸一定会成为气象智能监测预警的先导。
[align=center][img=在昆虫学实验用自动气压室中如何实现正压和负压的高精度程序控制,500,387]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211090604445428_4508_3221506_3.jpg!w690x535.jpg[/img][/align][color=#990000]摘要:昆虫的行为模式会受气压变化的明显影响,为在可控气压条件下的气压室内模拟自然气压变化对昆虫行为进行准确和可重复的研究,需要气压室的气压变化可精确程序控制。本文针对客户提出的气压室压力精密程序控制要求,介绍了高精度真空压力控制仪解决方案。真空压力控制仪采用密闭容器进出气体动态平衡法工作原理,以高压气瓶作为高压气源,真空泵进行抽气,通过双通道真空压力程序控制器采集压力传感器并同时自动调节进气针阀和出气针阀的开度,实现任意设定压力变化程序的精密控制和长时间稳定运行。[/color][align=center][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][color=#990000][size=18px][b]一、问题的提出[/b][/size][/color]各种生物体所处的环境会影响和改变其生活方式,这些环境条件主要包括风、雨、土壤成分、辐射、温度和大气压力等因素。大量研究表明,不利的天气条件(通常与气压变化有关)会影响繁殖、摄食和栖息。昆虫行为,如飞行、产卵、寄生、交配和鸣叫等,会受到气压的影响。对于昆虫行为模式与气压之间的相关性研究,目前普遍采用的方式是在自然条件下进行观察和记录,存在效率低、周期长和不准确等问题。个别实验室使用了手动控制气压的气压室,但存在气压控制不准确、无法长时间的精密模仿自然压力的缓慢变化过程以及可控的气压变化范围很窄等问题。最近有客户希望能对昆虫研究用的气压室进行正负压自动控制,具体要求如下:(1)气压控制范围:以一个标准大气压为基准,能实现气压室的气压在内正负压力范围内的精密控制,即气压室内的绝对压力在90kPa~110kPa范围内精密可控。(2)气压控制形式:可自动模拟自然界大气压的缓慢变化过程,即气压变化可按照任意设定的变化方向和速度进行控制,气压可准确恒定在任意设定点处。总之,整个气压变化过程可按照任意设定的折线形式进行精密控制。(3)气压控制精度:在90kPa~110kPa范围内,任意压力下的控制精度小于±0.1%。为了满足客户提出的上述要求,本文将提出相应的高精度气压程序控制解决方案。解决方案将采用密闭容器进出气体动态平衡法,采用高压气瓶作为高压气源,真空泵进行抽气,通过双通道真空压力程序控制器采集压力传感器并同时控制进气针阀和出气针阀的开度,实现任意设定压力变化程序的精密控制和长时间稳定运行。[b][size=18px][color=#990000]二、解决方案[/color][/size][/b]从客户提出的上述要求可以看出,用于昆虫行为研究的气压室压力控制是个典型的正负压力自动控制问题。此正负压力自动控制需要解决以下几方面的问题:(1)正压(压力)和负压(真空)如何形成。(2)正负压自动控制方法和控制仪器。(3)压力传感器的选择。(4)控制阀门的选择。为解决上述几方面的问题,本文提出的具体解决方案如图1所示。[align=center][color=#990000][img=气压室压力控制方案结构示意图,550,227]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211090607045916_3943_3221506_3.jpg!w690x285.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 昆虫研究用气压室正负压力程序控制方案示意图[/color][/align]首先,为在气压室内形成正压和负压,解决方案采用了动态平衡法。如图1所示,在气压室的左边进气端布置高压气源,在气压室的右边出气端布置真空泵,如果进气流量大于排气流量则形成正压,若排气流量大于进气流量则形成负压。进气和出气流量通过进气阀和排气阀调节。对气压室正压和负压的调节和控制,是一个典型的分程控制案例,即采用一个调节器的输出同时驱动几个工作范围不同的执行器。这里的调节器就是图1所示的压力控制器,工作范围不同的执行器是进气阀和排气阀。由此可见,压力控制器要求具有分程控制功能,即要求压力控制器针对不同工作范围(正压或负压区间)具备同时调节进气阀和排气阀开度大小的功能。另外,为了保证控制精度,所选择的压力控制器为超高精度PID调节器,具有24位AD和16位DA转换器,并具有双精度浮点运算功能,最小输出百分比可以达到0.01%。为了保证气压室内压力变化达到客户提出的控制精度,还需要选择高精度压力传感器。如果要达到±0.1%的控制精度,压力传感器的测量精度需要达到±0.05%。同样,压力控制精度还取决于进气阀和排气阀的调节精度和响应速度。对于体积较小的昆虫学实验用气压室,则要求阀门具有超高的响应速度。我们选择用步进电机驱动的快速电动针阀,电动针阀的全程开启速度为0.8秒,具有超低的真空漏率和7bar的耐正压能力。一系列不同通孔孔径的电动针阀可供选择以满足不同规格尺寸的自动气压室。最关键的是可以使用0~10V(或4~20mA)的模拟信号直接驱动电动针阀,且具有非常好的线性度和重复性。经过上述选择和配置,按照图1所示的解决方案,所配置的真空压力控制仪如图2所示。[align=center][color=#990000][img=用于气压室的真空压力控制仪结构示意图,550,447]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211090607364958_9108_3221506_3.jpg!w690x561.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 昆虫研究用气压室真空压力控制仪结构示意图[/color][/align]图2所示的真空压力控制仪是一个集成式仪器,将包括数控针阀、控制器、电源等所有部件都集成安装在控制仪内。控制仪两侧留有连接充气/抽气泵的快插接头。控制仪背面留有连接气压室进气/出气的快插接头,同时还留有连接压力传感器、计算机通讯和工作电源的专用接口。压力传感器以外置形式直接安装在气压室侧壁上,可更准确的检测气压室内的真空压力变化。压力传感器的信号和电源引线连接到真空压力控制仪背面相应的连接器上。这种外置式压力传感器形式更具有扩展性,可根据不同气压室或密闭容器的真空压力控制范围选择不同压力传感器,并便于更换和安装。计算机通讯采用了具有标准MODBUS协议的RS 485接口,由此可连接计算机。通过PID控制器随机所带的控制软件,计算机可直接遥控PID调节器,并采用软件界面操作进行控制程序设置和运行,对控制过程进行数据采集、存储和全过程结果曲线显示。[b][size=18px][color=#990000]三、总结[/color][/size][/b]上述的正负压精密控制解决方案作为一种标准的真空压力控制仪器,除了可以满足昆虫学实验用自动气压室的各项要求外,还具有很强的适用性和可扩展性,主要体现在以下几个方面:(1)可进行更大区间的真空压力控制,绝对压力控制范围可覆盖0.1Pa~0.5MPa,具有非常宽泛的正压和负压控制范围。(2)在正压和负压区间可实现各种形式的控制,如单独控制正压、单独控制负压(真空度),也可正负压连续控制,所有控制可进行定点控制,也可进行折线编程程序的自动控制。(3)可进行更多功能的扩展,如实现不同气体或不同气体含量混合气体下的气压控制,也可用来同时控制其他环境变量,如温度、湿度和光照等。总之,标准化的真空压力控制仪可满足各种实验室气压室的压强程序控制,并具有±0.1%以上的控制精度。同时,控制仪也适用于各种真空压力容器(如气候室、气候环境试验箱、真空气氛炉、真空干燥箱、旋转蒸发仪、精密低温容器、冷冻干燥箱和各种光谱仪等)的气压精密控制,大大提高了自动化程度和控制精度。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]