АВТОНОМНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть преимущественно использована для измерения метеорологических величин, при оснащении экологическими датчиками и экологических величин. Создание эффективных средств контроля, работающих в сложных климатических условиях на длительный период времени без участия человека, при резком перепаде температур, влажности, давлений является сложной проблемой, решение которой является предметом интереса во всем мире. Такие системы, созданные с той или иной степенью автоматизации, используются во многих странах мира. Например, автоматизированная система контроля г. Питербург, США (Шербань А.Н., Примак А.В., Копейкин В.И. Автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха. Техника, г. Киев, 1979, с.150). Общие недостатки аналогов заключаются в том, что они не обеспечивают стабильности характеристик измерительной аппаратуры в течении длительного времени в экстремальных условиях эксплуатации, например, в удаленных районах при низких и высоких температурах, высокой относительной влажности, без оперативного доступа человека к измерительной аппаратуре.
Для обеспечения стабильной работы многие изобретатели используют обогревательные приборы.
Известна переносная комплексная метеостанция (патент RU 2199139, кл. G 01 W 1/02 от 28.08.2001) выбранная в качестве прототипа содержащая герметичный корпус с размешенной внутри него измерительной микропроцессорной и передающей аппаратурой и метеодатчики. Корпус выполнен в виде теплоизолированной капсулы, снабженной электроподогревателем закрепленной на внутренней поверхности
теплоизолированной капсулы. Метеодатчики через герметичные каналы связаны кабелем с измерительной аппаратурой. Метеодатчик измерения температуры и влажности размешен в метеокорзине, стенки которой выполнены в виде жалюзи и которая закреплена на герметичном корпусе. Данные с метеодатчиков установленные на внешней поверхности капсулы по специальным каналам поступают в измерительную, микропроцессорную, передающую аппаратуры размешенные внутри капсулы. После соответствущей обработки информация с помощью передающей аппаратуры передается в центр обработки.
Недостатками этой станции является использование обогревательных приборов для обеспечения стабильной работы приборов, что приводит к увеличению энергопотребления станции, заметно уменьшающей длительность ее автономной работы. Это в свою очередь приводит к необходимости использования этих станции только в контролируемых условиях эксплуатации.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в исключении обогревательных приборов в задаче термостабилизации в блоке включающей измерительную, микропроцессорную, передающую аппаратуры. Этим достигаем заметную экономию электропотребления, что влечет за собой увеличение длительности автономной работы станции. В свою очередь это означает возможность использования полезной модели в удаленных и экстремальных условиях эксплуатации, без оперативного доступа человека к станции.
Предлагаемая полезная модель (см. фиг.1) использует метерологические датчики работающие на широком диапазоне температур. Измерительная, микропроцессорная и передающая аппаратура заключена в термоизолированном блоке 6, который в свою очередь располагается в термоизоливанном контейнере 7.
Пространство между стенками контейнера 7 и блоком б с измерительной, микропроцессорной, передающей аппаратурами и источником питания
(аккумуляторная батарея) 8 обложены теплоизолирующим материалом 9, например пеноаллюминатом (морозостойкий пеногерметик).
Для обеспечения дополнительной теплоизоляции контейнер 7 устанавливается от поверхности земли 12 на глубину порядка 0.5-1.0 м.
Верхняя стенка (крышка) контейнера 7 является открывающей, обеспечивая доступ к источнику питания 8 и блоку 6.
Конструктивно предлагаемая автономная автоматическая метерологическая станция выполнена в виде крестообразной рамы 10 на которой расположены комбинированный датчик температуры, относительной влажности, давления 2, комбинированный датчик силы и направления скорости ветра 3, датчик осадков 4, датчик солнечной радиации 5 выполненные в отдельных прочных корпусах.
Рама 10 крепится на мачте 11, на вершине мачты 11 устанавлиавется антенна 1 системы низкоорбитальной спутниковой связи «Гонец»(В.Н.Храмушин, С.В.Антоненко, А.Е.Налащенко, Поисковое исследование штормового мореходства. Вестник Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, 1 (113), 2004, с.26-39).
Мачта 11 устанавливается на специальной крестообразной станине 13, которая легко собирается и разбирается в полевых условиях.
Для обеспечения дополнительной устойчивости мачты 11, мачту закрепляют четырьмя растяжками 15.
Кабели проложены в специальные герметичные каналы изготовленные из алюминиевых сплавов обеспечивающие изоляцию от внешней среды, а также защиту от диких зверей и грызунов.
Метеорологическая информация от датчиков 2-5 в цифровом виде по интерфейсу RS-232 передается в аппаратурный блок 6, где осуществляется сбор, регистрация и обработка информации.
Далее передающая аппаратура осуществляет передачу информации через антенну 1 по каналу спутниковой связи в центр сбора и обработки метеорологической информации.
Конструктивно в автономной автоматической метеорологической станции использованы метеорологические датчики обеспечивающие нормальную работу в широком температурном режиме (от-50 до + 60°С).
Метеорологические датчики расположены внутри всепогодных прочных корпусов.
Комбинированный датчик температуры, относительной влажности, давления 2 размешен в прочном жалюзийной будке с кольцевыми жалюзи.
Жалюзийная будка защищает метеорологический датчик от атмосферных воздействий осадков, гололеда, ветра и солнечной радиации.
Датчик осадков 4 работает как с подогревом (от -50 до + 60°С), так и без подогрева (от 0 до + 60°С).
В конструкции каждого из метеорологический датчиков штатно реализованы 12 - разрядный аналоге - цифровой преобразователь, интерфейс RS-232.
Информация от датчиков в цифровом виде передается в блок 6, где информация собирается, регистрируется, обрабатывается и формируется в пакеты для последующей передачи по каналу системы спутниковой связи «Гонец».
Источник питания 8 собран на основе батарей аккумуляторов МРЛ-800, который обеспечивает бесперебойную работу станции в течении от 1 до 3 лет в зависимости от емкости источника питания.
Блок 6, включающий в себя измерительную, микропроцессорную, передающую аппаратуры обеспечивает следующие функции:
- прием первичной цифровой информации от датчиков;
- цифровая обработка первичной информации с учетом заданных коэффициентов преобразования датчиков;
- хранение шкалы времени и привязка к ней результатов измерения;
- микропрограммное управление работой станции- периодическое включение режимов «измерение», «ждущий» в соответствии с заданным регламентом работы;
- подготовка пакетов информации для передачи по каналу системы спутниковой связи;
- передача информации по каналу спутниковой связи;
- обеспечение электропитания станции.
Автономная автоматическая метеорологическая станция работает следующим образом.
Сбор информации от датчиков осуществляется в течении 10 минут в циклическом режиме с периодичностью 1 час (режим «измерение»), (3 часа, 6 часов).
В течении 10 минут с периодичностью в 2 секунды опрашиваются датчики, цифровые данные которых в двоичном коде затем переводятся в ASCII код.
После обработки формируется пакет информации, который, или накапливается, или передается по каналу спутниковой связи в центр сбора и обработки данных.
Накопление информации может осуществляться до момента возникновения возможности отправки пакетов информации, т.е. до момента прохождения спутника системы спутниковой связи «Гонец» в зоне приема над местом установки станции, откуда осуществляется передача информации.
По истечении 50 минут с момента окончания опроса датчиков («ждущий» режим) возобновляется опрос датчиков и формирует следующий пакет данных и цикл повторяется.
Потребляемая мощность автономной автоматической станции в режиме «измерение» не превышает 500 мВт, в «ждущем» режиме - 3 мВт.
Потребляемая мощность системы спутниковой связи «Гонец» в течении сеанса связи (включающее сообщение с объемом 3000 байт с длительностью передачи 3-4 минут) не превышает 3 Вт.
При среднем времени наработки на отказ не менее 10000 час, автономность непрерывной работы станции можно обеспечить не менее 1 года.
Поэтому проводя ежегодные (желательно в летнее время) профилактические работы с заменой блока аппаратуры и источника питания,
срок службы автономной автоматической метеорологической станции можно довести до 10 лет.