1.一种适用于气象探空仪的温度气压与湿度测量装置,其特征在于,
包括主控制器、恒流测量模块、交流测量模块以及交流PWM测量模块,其中,主控制器,片内具有I2C总线的硬件接口,具有捕捉功能的定时计数器以及UART串行接口,I2C总线用于和恒流测量模块与交流测量模块通信,定时计数器用于激励和测量交流PWM测量模块;UART串行接口设置为快速和慢速两种工作方式,快速UART用于地面测试与标定,慢速UART用于探空中的数据到发射机的数据传输,所有的测量与控制操作均由主控制器实现,并通过发射机与地面计算机连接;
恒流测量模块,具有电流源激励和可编程仪表放大器,电流源激励连接气压传感器和大气温度传感器,与高精度参考电阻连接形成模数变换的参考电压,消除测量中可能产生的恒流波动与漂移造成的测量误差,可编程仪表放大器设置合适的增益,保证模数变换部件工作于最佳电压范围;
恒流测量模块用于电流激励的千欧阻值大小的气压传感器和欧姆阻值大小的温度传感器,小电流和间歇性工作,可极大地降低传感器造成的发热影响;
大气温度传感器采用20um测温钨丝反复绕制而成;
交流测量模块,具有交流激励和可编程仪表放大器,与电压激励的冷凝式露霜点仪的镜面高精度铂电阻温度传感器和半导体制冷器中的散热块上的铂电阻温度传感器连接,采用极性周期性改变的参考电压作为测量电桥的激励电压,通过外接场效应管形成“H桥”开关电路,通过正向和反向的测量,在数据积累过程中消除或减轻了连接线路的极化效应和热电偶效应对测量造成的影响,交流参考电压用作测量电桥的激励电压和ADC的参考电压,消除了测量过程中可能出现的波动与漂移对模数变换的影响,可编程仪表放大器设置合适的增益,保证模数变换部件工作于最佳电压范围;
交流PWM测量模块,将主控制器发送的测量时间脉冲与极性交替变化的方向信号由一个脉冲处理电路处理后,通过外接电路构成“H桥”开关电路对连接的湿敏电容进行极性交替的充放电,改善了湿敏电容受到直流电场的极化效应对测量精度的影响,在延长湿敏电容使用寿命的同时提高了测量准确性,充电时间形成脉冲宽度,并由主控制器的定时计数单元进行高精度脉冲宽度测量;
其测量方法包括以下步骤:
步骤1.气压传感器、大气温度传感器、铂电阻温度传感器、湿敏电容均通过二值或多值化的检定装置处理,获得传感器的特性曲线;
步骤2.将气压传感器、大气温度传感器、铂电阻温度传感器、湿敏电容通过线路连接至恒流测量模块、交流测量模块、交流PWM测量模块,并将各模块连接至主控制器;
步骤3.使用探空仪将测量装置送至待测位置;
步骤4.测量装置获得测量参数计算得到测量结果并发送至地面或者将测量参数发送至地面计算机,由地面计算机通过浮点计算出测量结果。
2.根据权利要求1所述的一种适用于气象探空仪的温度气压与湿度测量装置,其特征在于,所述的恒流测量模块外部连接的气压传感器阻值在1至5千欧,大气温度传感器阻值在30至60欧姆,高精度参考电阻阻值为1.25千欧。
3.根据权利要求1所述的一种适用于气象探空仪的温度气压与湿度测量装置,其特征在于,所述的交流测量模块中连接的冷凝式露霜点仪的镜面高精度铂电阻温度传感器在0摄氏度时的阻值为1千欧。
4.根据权利要求1或3所述的一种适用于气象探空仪的温度气压与湿度测量装置,其特征在于,冷凝式露霜点仪的镜面高精度铂电阻温度传感器和半导体制冷器中的散热块上的铂电阻温度传感器外接场效应管,形成“H桥”开关电路。
5.根据权利要求1或2所述的一种适用于气象探空仪的温度气压与湿度测量装置,其特征在于,气压传感器与大气温度传感器两端正向均并联一个肖特基二极管。
6.根据权利要求5所述的一种适用于气象探空仪的温度气压与湿度测量装置,其特征在于,大气温度传感器采用4线连接方式;冷凝式露霜点仪的镜面高精度铂电阻温度传感器采用3线连接方式。