基于4分位mems氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準確測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準確測量方法。在進行環(huán)境大氣壓剖面測量時，需探測設備以一定速度從高空下落至地面，同時還存著風，這兩者都會引起測量誤差。本發(fā)明提出在圓柱上布置氣壓傳感器陣列結合軟件算法用于降低該測量誤差。本發(fā)明采用MEMS傳感器可以與設備壁融合設計的，同時可以根據不同的測量環(huán)境采用不同的軟件算法，具有非常高的靈活性。
【專利說明】基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準確測量方法
【技術領域】:
[0001 ] 大氣參數(shù)探測，主要用于下投式探空儀，飛機等【背景技術】:
[0002]為了測量大氣壓力廊線圖，需要將一個設備從高空釋放，利用降落傘的輔助，讓其以一定的速度下落，在下落過程中采集大氣壓力值，在設備上存儲或發(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，而這個測量方法中使用的測量設備和大氣有一定的相對運動。測量設備和大氣的相對運動由兩個因素共同作用形成，一是大氣環(huán)境中的風，一是測量設備的下落運動。而且，這兩個因素在實際測量中都無法避免。測量設備和大氣存在的相對運動所引發(fā)的動態(tài)壓力是大氣壓力廊線測量的主要測量誤差。根據研究表明，動態(tài)壓力的數(shù)值和兩者的相對運動速度的平方成正比例關系。因此，當相對運動速度達到一定數(shù)值，因此產生的壓力測量誤差將變得不可忽略。目前，大部分的測量大氣參數(shù)廊線測量設備不對大氣壓力進行直接測量而利用高度與氣壓關系根據測得高度信息解算大氣壓力信息。然而，高度于大氣壓力關系隨實際環(huán)境而變化，同時高度信息精度不高，使得這種方法測得的大氣壓力廊線精度不高。另外一部分大氣參數(shù)廊線測量設備直接采用基于薄膜的氣壓傳感器，沒有針對相對運動所引發(fā)的動態(tài)壓力進行處理。本發(fā)明提出一種基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的測量方法，能有效降低由于相對運動所引發(fā)的測量誤差。
[0003]通過專利查詢發(fā)現(xiàn)，在國內外行業(yè)技術現(xiàn)狀中尚沒有發(fā)布相關的測試方法信息。

【發(fā)明內容】
:
[0004]針對在進行大氣壓力廊線圖進行測量過程中，由于測量設備與大氣間的相對運動所引發(fā)的動態(tài)壓力降低測量精度的問題，本發(fā)明提出基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的測量方法。采用本發(fā)明所描述的測量方法需將測量設備的外殼選為圓柱體，在圓柱體外殼表面均勻安裝4個MEMS壓力傳感器，4個傳感器同時工作。本發(fā)明同時提出一種優(yōu)化算法，利用此優(yōu)化算法對4個傳感器測得的數(shù)據進行數(shù)據處理可以得到精確的測量數(shù)據。
[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個均勻分布在圓柱體外表面上的氣壓傳感器構成。
[0007]2.本發(fā)明所采用基于MEMS技術的氣壓傳感器，實現(xiàn)與設備外壁融合設計。
[0008]3.本發(fā)明涉及的4個傳感器是獨立工作，各個傳感器所采集的數(shù)據獨立存儲。
[0009]4.本發(fā)明所描繪的優(yōu)化算法是一種加權平均算法，先將同一時刻4個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%權重，其余三個數(shù)值分別占10%權重。本發(fā)明所采用的方案有如下幾個優(yōu)點。
[0010]1.本發(fā)明能夠有效提高探空儀測量大氣壓廊線圖精度。
[0011]2.本發(fā)明采用基于MEMS技術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。
[0012]3.本發(fā)明采用基于MEMS技術的氣壓傳感器的外圍尺寸是0.5mmX0.5mm，能夠方便實現(xiàn)與圓柱體體壁一體化設計。
[0013]4.本發(fā)明相對將氣壓傳感器置于特殊氣道內的方案，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)明機械結構簡單，能更好的加工。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0015]圖1是系統(tǒng)結構框圖
[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
【具體實施方式】:
[0018]下面結合附圖詳細介紹本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的所述的測量設備(I)主要有三個模塊組成，包括控制機數(shù)據處理模塊(3)、存儲模塊(5)、氣壓傳感器陣列(4)。其中控制與數(shù)據處理模塊(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，采集氣壓傳感器測得的數(shù)據，并將采集的數(shù)據存入存儲芯片。在進行數(shù)據處理時，控制和數(shù)據處理模塊從存儲芯片中讀取數(shù)據，并根據優(yōu)化算法進行處理得到測量值。存儲芯片模塊(5)，采用的是F25H20，其儲存容量為2M，可以存儲大約50萬組氣壓數(shù)據。在傳感器陣列進行采集數(shù)據時，存儲芯片用來存儲傳感器陣列采集到的信息。在控制盒數(shù)據處理模塊進行數(shù)據處理時，存儲芯片用來為其提供數(shù)據并接處理完的數(shù)據存儲在存儲模塊。氣壓傳感器陣列，由4個氣壓傳感器組成，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。這四個氣壓傳感器(7)均勻分布在測量設備圓柱體殼體(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)進行初始化，包括控制盒數(shù)據處理模塊及氣壓傳感器陣列進行硬件初始化。
[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)據處理核心的控制下進行數(shù)據采集。采集到的數(shù)據在控制盒數(shù)據處理模塊的控制下，寫入存儲芯片。
[0023]3.控制盒數(shù)據處理核心判斷是否已經采集足夠的數(shù)據樣本，如果沒有采集足夠的數(shù)據樣本，系統(tǒng)繼續(xù)采集氣壓數(shù)據并存儲到存儲芯片。如果已經采集足夠的數(shù)據樣本，系統(tǒng)進入數(shù)據處理中斷?？刂坪袛?shù)據處理核心根據優(yōu)化算法進行數(shù)據處理，并將處理的結果寫入存儲芯片。其中優(yōu)化算法如下:
[0024]控制盒數(shù)據處理模塊從存儲芯片取出一組數(shù)據，對這組數(shù)據進行排序得到，最大測量值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。測量結果 P = 0.7XP_max+0.lP_midl+0.lP_mid2+0.lP_min
[0025]4.系統(tǒng)進行判斷是否已經完成了測量任務，如果已經完成了測量任務，系統(tǒng)進入休眠階段停止工作；如果系統(tǒng)還沒有完成測量任務，系統(tǒng)退出中斷，開始新一輪的氣壓數(shù)據采集、處理流程。[0026]5.根據用戶需求，控制和數(shù)據處理核心取出數(shù)據傳給用戶。
[0027]通過上面的流程，系統(tǒng)完成了氣壓測量，并返回經過處理的結果。
【權利要求】
1.基于4分位MEMS氣壓傳感器陣列的環(huán)境大氣壓剖面準確測量方法，其特征是:在由高空往下落的氣壓測量設備的圓柱體外壁上周向分布MEMS氣壓傳感器陣列，實現(xiàn)消除由于測量設備與空氣間相對運動所引發(fā)的動態(tài)壓力帶來的測量誤差，實現(xiàn)對環(huán)境大氣壓的準確測量。
2.根據權利要求1所述的測量設備與空氣間的相對運動，其特征是:該相對運動包括測量設備本身的從上往下的下落運動，還包括各個方向的風引起的相對運動。
3.根據權利要求1所述的氣壓測量設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技術的傳感器，實現(xiàn)與側壁外壁的融合設計。
4.根據權利要求1所述的基于周向MEMS氣壓傳感器陣列在移動目標上準確測量大氣壓的方法，其特征是:通過對MEMS氣壓傳感器陣列所采集到的氣壓數(shù)據進行排序并通過特定的加權得到的氣壓值作為最終的測量結果。
5.根據權利要求4所述的對MEMS氣壓傳感器陣列所采集到的氣壓數(shù)據進行排序并通過特定的加權得到的氣壓值，其特征是特定的加權值可以根據不同的環(huán)境采用不同的算法。
【文檔編號】G01L9/00GK103512696SQ201210232097
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權日: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 申請人:北京理工大學