基于4分位mems氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準(zhǔn)確測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準(zhǔn)確測(cè)量方法。在進(jìn)行環(huán)境大氣壓剖面測(cè)量時(shí)，需探測(cè)設(shè)備以一定速度從高空下落至地面，同時(shí)還存著風(fēng)，這兩者都會(huì)引起測(cè)量誤差。本發(fā)明提出在圓柱上布置氣壓傳感器陣列結(jié)合軟件算法用于降低該測(cè)量誤差。本發(fā)明采用MEMS傳感器可以與設(shè)備壁融合設(shè)計(jì)的，同時(shí)可以根據(jù)不同的測(cè)量環(huán)境采用不同的軟件算法，具有非常高的靈活性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準(zhǔn)確測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001 ] 大氣參數(shù)探測(cè)，主要用于下投式探空儀，飛機(jī)等【背景技術(shù)】:
[0002]為了測(cè)量大氣壓力廊線圖，需要將一個(gè)設(shè)備從高空釋放，利用降落傘的輔助，讓其以一定的速度下落，在下落過(guò)程中采集大氣壓力值，在設(shè)備上存儲(chǔ)或發(fā)送回地面基站。描繪大氣壓力廊線圖才需要的是靜態(tài)大氣壓力值，而這個(gè)測(cè)量方法中使用的測(cè)量設(shè)備和大氣有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。測(cè)量設(shè)備和大氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)因素共同作用形成，一是大氣環(huán)境中的風(fēng)，一是測(cè)量設(shè)備的下落運(yùn)動(dòng)。而且，這兩個(gè)因素在實(shí)際測(cè)量中都無(wú)法避免。測(cè)量設(shè)備和大氣存在的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引發(fā)的動(dòng)態(tài)壓力是大氣壓力廊線測(cè)量的主要測(cè)量誤差。根據(jù)研究表明，動(dòng)態(tài)壓力的數(shù)值和兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比例關(guān)系。因此，當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到一定數(shù)值，因此產(chǎn)生的壓力測(cè)量誤差將變得不可忽略。目前，大部分的測(cè)量大氣參數(shù)廊線測(cè)量設(shè)備不對(duì)大氣壓力進(jìn)行直接測(cè)量而利用高度與氣壓關(guān)系根據(jù)測(cè)得高度信息解算大氣壓力信息。然而，高度于大氣壓力關(guān)系隨實(shí)際環(huán)境而變化，同時(shí)高度信息精度不高，使得這種方法測(cè)得的大氣壓力廊線精度不高。另外一部分大氣參數(shù)廊線測(cè)量設(shè)備直接采用基于薄膜的氣壓傳感器，沒(méi)有針對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引發(fā)的動(dòng)態(tài)壓力進(jìn)行處理。本發(fā)明提出一種基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的測(cè)量方法，能有效降低由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引發(fā)的測(cè)量誤差。
[0003]通過(guò)專(zhuān)利查詢(xún)發(fā)現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)外行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀中尚沒(méi)有發(fā)布相關(guān)的測(cè)試方法信息。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]針對(duì)在進(jìn)行大氣壓力廊線圖進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量設(shè)備與大氣間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引發(fā)的動(dòng)態(tài)壓力降低測(cè)量精度的問(wèn)題，本發(fā)明提出基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的測(cè)量方法。采用本發(fā)明所描述的測(cè)量方法需將測(cè)量設(shè)備的外殼選為圓柱體，在圓柱體外殼表面均勻安裝4個(gè)MEMS壓力傳感器，4個(gè)傳感器同時(shí)工作。本發(fā)明同時(shí)提出一種優(yōu)化算法，利用此優(yōu)化算法對(duì)4個(gè)傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可以得到精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0005]本發(fā)明具有如下特征:
[0006]1.本發(fā)明所提及的傳感器陣列是由4個(gè)均勻分布在圓柱體外表面上的氣壓傳感器構(gòu)成。
[0007]2.本發(fā)明所采用基于MEMS技術(shù)的氣壓傳感器，實(shí)現(xiàn)與設(shè)備外壁融合設(shè)計(jì)。
[0008]3.本發(fā)明涉及的4個(gè)傳感器是獨(dú)立工作，各個(gè)傳感器所采集的數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲(chǔ)。
[0009]4.本發(fā)明所描繪的優(yōu)化算法是一種加權(quán)平均算法，先將同一時(shí)刻4個(gè)壓力傳感器所采集的氣象信息按大到小排序，壓力最大值者占70%權(quán)重，其余三個(gè)數(shù)值分別占10%權(quán)重。本發(fā)明所采用的方案有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0010]1.本發(fā)明能夠有效提高探空儀測(cè)量大氣壓廊線圖精度。
[0011]2.本發(fā)明采用基于MEMS技術(shù)的氣壓傳感器具有良好的抗沖擊性能，克服傳統(tǒng)的氣壓傳感器不具有抗大沖擊能力的缺點(diǎn)。
[0012]3.本發(fā)明采用基于MEMS技術(shù)的氣壓傳感器的外圍尺寸是0.5mmX0.5mm，能夠方便實(shí)現(xiàn)與圓柱體體壁一體化設(shè)計(jì)。
[0013]4.本發(fā)明相對(duì)將氣壓傳感器置于特殊氣道內(nèi)的方案，可以修改本發(fā)明的優(yōu)化算法，使得本發(fā)明能適用更多的環(huán)境。
[0014]5.本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能更好的加工。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0015]圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
[0016]圖2是系統(tǒng)工作流程圖
[0017]圖3是氣壓傳感器陣列示意圖
【具體實(shí)施方式】:
[0018]下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的所述的測(cè)量設(shè)備(I)主要有三個(gè)模塊組成，包括控制機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊(3)、存儲(chǔ)模塊(5)、氣壓傳感器陣列(4)。其中控制與數(shù)據(jù)處理模塊(3)采用的是C8051F120，本模塊的主要工作是控制氣壓傳感器陣列工作，采集氣壓傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)芯片。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，控制和數(shù)據(jù)處理模塊從存儲(chǔ)芯片中讀取數(shù)據(jù)，并根據(jù)優(yōu)化算法進(jìn)行處理得到測(cè)量值。存儲(chǔ)芯片模塊(5)，采用的是F25H20，其儲(chǔ)存容量為2M，可以存儲(chǔ)大約50萬(wàn)組氣壓數(shù)據(jù)。在傳感器陣列進(jìn)行采集數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)芯片用來(lái)存儲(chǔ)傳感器陣列采集到的信息。在控制盒數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，存儲(chǔ)芯片用來(lái)為其提供數(shù)據(jù)并接處理完的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊。氣壓傳感器陣列，由4個(gè)氣壓傳感器組成，氣壓傳感器采用BOSCH公司的BMP085，此傳感器最高能提供0.03hPa精度。這四個(gè)氣壓傳感器(7)均勻分布在測(cè)量設(shè)備圓柱體殼體(6)外表面，如圖3所示，。
[0020]系統(tǒng)的工作流程如圖2所示，具體如下:
[0021]1.系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括控制盒數(shù)據(jù)處理模塊及氣壓傳感器陣列進(jìn)行硬件初始化。
[0022]2.系統(tǒng)初始化完成之后，氣壓傳感器陣列在控制盒數(shù)據(jù)處理核心的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集到的數(shù)據(jù)在控制盒數(shù)據(jù)處理模塊的控制下，寫(xiě)入存儲(chǔ)芯片。
[0023]3.控制盒數(shù)據(jù)處理核心判斷是否已經(jīng)采集足夠的數(shù)據(jù)樣本，如果沒(méi)有采集足夠的數(shù)據(jù)樣本，系統(tǒng)繼續(xù)采集氣壓數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)芯片。如果已經(jīng)采集足夠的數(shù)據(jù)樣本，系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理中斷?？刂坪袛?shù)據(jù)處理核心根據(jù)優(yōu)化算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將處理的結(jié)果寫(xiě)入存儲(chǔ)芯片。其中優(yōu)化算法如下:
[0024]控制盒數(shù)據(jù)處理模塊從存儲(chǔ)芯片取出一組數(shù)據(jù)，對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行排序得到，最大測(cè)量值P_max、次大值Pjnidl、次小值P_mid2及最小值P_min，然后按照如下的公式處理數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果 P = 0.7XP_max+0.lP_midl+0.lP_mid2+0.lP_min
[0025]4.系統(tǒng)進(jìn)行判斷是否已經(jīng)完成了測(cè)量任務(wù)，如果已經(jīng)完成了測(cè)量任務(wù)，系統(tǒng)進(jìn)入休眠階段停止工作；如果系統(tǒng)還沒(méi)有完成測(cè)量任務(wù)，系統(tǒng)退出中斷，開(kāi)始新一輪的氣壓數(shù)據(jù)采集、處理流程。[0026]5.根據(jù)用戶(hù)需求，控制和數(shù)據(jù)處理核心取出數(shù)據(jù)傳給用戶(hù)。
[0027]通過(guò)上面的流程，系統(tǒng)完成了氣壓測(cè)量，并返回經(jīng)過(guò)處理的結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準(zhǔn)確測(cè)量方法，其特征是:在由高空往下落的氣壓測(cè)量設(shè)備的圓柱體外壁上周向分布MEMS氣壓傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)消除由于測(cè)量設(shè)備與空氣間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引發(fā)的動(dòng)態(tài)壓力帶來(lái)的測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境大氣壓的準(zhǔn)確測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量設(shè)備與空氣間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其特征是:該相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括測(cè)量設(shè)備本身的從上往下的下落運(yùn)動(dòng)，還包括各個(gè)方向的風(fēng)引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓測(cè)量設(shè)備的圓柱體外壁上周向分布MEMS氣壓傳感器陣列，其特征是氣壓傳感器陣列采用基于MEMS技術(shù)的傳感器，實(shí)現(xiàn)與側(cè)壁外壁的融合設(shè)計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于周向MEMS氣壓傳感器陣列在移動(dòng)目標(biāo)上準(zhǔn)確測(cè)量大氣壓的方法，其特征是:通過(guò)對(duì)MEMS氣壓傳感器陣列所采集到的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行排序并通過(guò)特定的加權(quán)得到的氣壓值作為最終的測(cè)量結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對(duì)MEMS氣壓傳感器陣列所采集到的氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行排序并通過(guò)特定的加權(quán)得到的氣壓值，其特征是特定的加權(quán)值可以根據(jù)不同的環(huán)境采用不同的算法。
【文檔編號(hào)】G01L9/00GK103512696SQ201210232097
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】婁文忠, 洪榮森, 郭明儒, 丁旭冉, 王瑛, 劉艷坤 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)