ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕРЕНИЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к метеорологии, в частности, гидрометеорологии, и мониторингу окружающей среды и может применяться в качестве измерительных преобразователей метеорологических параметров (температуры и относительной влажности воздуха, скорости и направления воздушного потока, атмосферного давления), работающих в цифровом режиме и передающих информацию в центры приема данных посредством спутниковой связи.
Известен СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ОКЕАНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (1), заключающийся в использовании диагностического модуля с капсулами, которые доставляют к исследуемой области с целью измерения физических параметров атмосферы, земной поверхности и океана. Спускаемая капсула, содержащая парашютную систему и корпус с измерительной аппаратурой, выполненной в форме цилиндра, имеющего коническую крышку с плоским днищем, и снабженный стабилизаторами, отличается тем, что днище имеет сферическую форму, а измерительная аппаратура дополнительно содержит гидроакустический модуль, включающий блок измерения составляющих скорости относительно дна, схему циклического скоростемера, эхолот, сканирующий гидролокатор и блок управления режимом функционирования гидроакустическим модулем, информационно связанным со спутниковым
навигационно-измерительным модулем измерительной аппаратуры, содержащейся в капсуле. При реализации данного способа дополнительно определяют горизонтальные составляющие скорости и параметры вертикального движения капсулы с определением высоты волн и включают эти параметры в состав информационного сообщения, передающегося через искусственный спутник Земли. Технический результат: повышение точности получения исходной информации об окружающей обстановке; расширение функциональных возможностей устройства, предназначенного для реализации данного способа.
Однако, описанный способ является достаточно затратным, учитывая необходимость транспортировки капсул, не позволяет работать измерительному оборудованию в полностью автономном режиме и требует значительного энергопотребления.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение работы измерительного оборудования преобразователя с использованием средств автоматической передачи данных через спутниковую связь в автономном режиме и минимальным потреблением энергоресурсов.
Поставленная задача решается конструкцией преобразователя измерения метеорологических параметров окружающей среды, содержащего комбинированный датчик температуры и относительной влажности воздуха, анемометр с первичным измерительным преобразователем (ПИП) для определения скорости воздушного потока, флюгарку с ПИП для определения направления ветра, барометр атмосферного давления, вспомогательные устройства для размещения многоканального средства в открытой атмосфере (мачта, солнцезащитный экран, кронштейны) и программируемый контроллер, состоящий из многоканального аналого-цифрового преобразователя, процессорного блока цифровой обработки, интерфейсного блока и блока батарейного питания, размещенных в приборном контейнере, отличающегося тем, что процессорный блок программируемого контроллера выполнен на базе микропроцессоров РIС14000 и PIC16F84, а барометр смонтирован в виде отдельного изолированного блока внутри приборного контейнера и имеет микропроцессор с цифровым выходом.
Конструкция преобразователя измерений представлена на рисунке 1, где
1 - передатчик, 2 - флюгарка, 3 - мачта, 4 - анемометр, 5 - датчик температуры и влажности, 6 - приборный контейнер с электронным блоком и батареями питания, 7 - подпятник мачты, 8 - анкер, 9 - шарнир мачты.
Контакт датчика температуры и влажности воздуха 5 с окружающей средой осуществляется через защитную полупроницаемую пленку, которая пропускает водяные пары, но защищает датчик от прямого попадания воды, пыли, снега.
Анемометр 4 имеет конструкцию, состоящую из ветроприемника с тремя чашками конической формы. Преобразование угловой скорости вращения оси ветроприемника в выходное напряжение постоянного тока, пропорционально скорости вращения ветроприемника, осуществляется с помощью дискового емкостно-механического преобразователя, встроенного непосредственно в корпус анемометра.
Габариты и геометрия флюгарки 2 обеспечивают коэффициент демпфирования 0,7 и минимальную амплитуду колебаний при порывистом ветре. Конструкция преобразователя положения флюгарки относительно фиксированного направления аналогична конструкции вторичного преобразователя анемометра. Выходное напряжение преобразователя изменяется в диапазоне от 0 до 2 В при повороте флюгарки на 360 градусов.
Барометр, находящийся внутри приборного контейнера, сообщается с атмосферой через буферный влагопоглотитель и наружный штуцер, снабженный защитой от ветрового наддува. Сопряжение барометра с внешними устройствами выполняется стандартным последовательным интерфейсом с тактовой частотой 500 кГц.
Работа преобразователя осуществляется следующим образом:
Выходные сигналы всех измерительных каналов (ИК) датчика, анемометра, флюгарки, барометра атмосферного давления, анемометра поступают на вход центрального блока (электронного блока) (ЦБ), представляющего программируемый контроллер. На выходе ЦБ формируется цифровой код стандартного формата, соответствующий выходным сигналам ИК, пригодный для передачи данных об измеряемых параметрах через радиопередающий терминал. Выходной сигнал подается на соединитель (порт) печатной платы ЦБ.
Для визуализации выходной измерительной информации при тестировании и поверках средства измерений может использоваться стандартный ПК (с оперативной памятью не менее 32 Мбайт, объемом памяти жесткого диска не менее 4 Гбайт с монитором и принтером), подключаемый к выходному порту ЦБ.
Техническая характеристика преобразователя
Диапазон измерений температуры воздуха, град. Ц
-50...+30
Диапазон измерения относительной влажности воздуха,
проц
10-98
Диапазон измерения скорости ветра, м/с
1-60
Диапазон измерений атмосферного давления, гПа
953-1073
Электропитание автономное
Напряжение, В
12
Емкость, А/ч
125
Цикличность передачи данных, ч
6
Габаритные размеры приборного
Контейнера, (диам.х высота)
160×650
Применение удачной компоновки описанного преобразователя, подбор оптимальных комплектующих, использование микропроцессоров с микропотреблением энергоресурсов позволило обеспечить высокую точность измерений метеопараметров при минимальных затратах на обслуживание прибора.
Использованная литература:
1. Патент РФ №2254600, 2005 г.