适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准系统及方法与流程

文档序号:14473455阅读:245来源:国知局
适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准系统及方法与流程

本发明涉及气象监测领域,尤其涉及一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准系统及方法。



背景技术:

根据涡动相关法的使用条件,海气通量的计算需要高精度的测量数据,例如:高精度的温度、湿度、压力和雨量数据;而雨量测量数据,需要雨量传感器来进行采集;传感器随着工作时间增加,测量的数据会随之漂移,因此希望能短时间校准来提高测量数据的精度,但是对于深海领域,尤其是水深4000米以下的深海领域,现有技术是将雨量传感器安装在深海浮标上,浮标远离陆地,船队出海一次的成本太高,每天高达25万元船费,航次时间周期一般为30到40天,虽然由于深海环境复杂,雨量传感器在海洋环境下会遭到海盐的覆盖,从而影响雨量传感器在深海环境下的检测精度,需要比陆地更短的时间来校准,但是目前高昂的出海成本,现有技术是浮标布放一年后去回收,由科考队员出海到达现场后,将深海浮标连同雨量传感器取回,取回后回到实验室,在实验室进行校准。这样做的缺陷是:

第一,船队出海一次的成本高达750万元到1000万元,若因为校准雨量传感器一年出海一次,浪费出海成本。

第二,海洋雨量传感器校准的现状为人工校准,效率低下,且存在误操作的可能性,导致校准不准确;现有技术在校准准确度处理上存在一定的不足,海洋雨量传感器工作于海上环境,与陆地环境不同,雨量传感器在海洋使用时会面临环境的特殊性,包括腐蚀性强、湿度大、风速比陆地高25%、雨量传感器往往集成于浮标或船舶等平台上而随平台摇摆等,复杂的工作环境给雨量传感器的快速、精确校准工作带来很高的要求。

因此,针对深海浮标上的传感器,如何提高校准精度和校准工作效率,以及降低校准成本,是本领域技术人员迫切需要解决的一个技术问题。



技术实现要素:

为了解决上述问题,本发明针对校准自动化问题,提出了一种一键式雨量传感器校准系统,提高了校准精度和效率,并且基于该系统提出了一种现场校准系统,可自动判断传感器精度,根据精度或预设的校准周期,自动进行校准,满足了海上传感器需频繁校准的需求,并且无需工作人员出海将其取回,节省了人力物力,大大降低了成本。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器校准系统,包括:计算装置、校准装置和待校准雨量传感器;

所述计算装置,分别与待校准雨量传感器和校准装置连接,所述计算装置提供用户输入接口,用于接收用户设置的多个校准雨量值、多位阀控制策略和一键式操作,生成一键式校准指令,并将所述校准指令发送至所述校准装置;以及接收所述待测雨量传感器传输的实际雨量值,并根据所述多个校准雨量值和所述实际雨量值,计算校准系数,用于所述待测雨量传感器的校准;

所述校准装置,包括多位阀,用于接收所述计算装置发送的校准指令,自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节所述待校准雨量传感器中的水量;

所述待校准雨量传感器在每次水量调节后感测实际雨量值并传输至所述计算装置。

进一步地,所述校准装置还包括:雨量校准控制器、分配泵和供水装置;其中,雨量校准控制器、分配泵和多位阀依次连接;所述多位阀具有多个输出口,用于连接待校准雨量传感器;所述分配泵还连接供水装置;所述雨量校准控制器和所述多位阀均与所述计算装置连接。

进一步地,所述校准雨量值的数量和具体数值根据待校准雨量传感器的使用环境和精度要求设定。

根据本发明的第二目的,本发明还提供了一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器校准方法,包括以下步骤:

步骤一:通过计算装置的用户界面接收多个校准雨量值的自定义设置、多位阀控制策略以及一键式校准指令,开始自动校准;

步骤二:所述校准装置自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节待校准雨量传感器中的水量;其中,每一次水量调节后,均通过待校准传感器检测所述水量得到实际雨量值,并反馈至所述计算装置,所述计算装置接收到所述反馈后进行下一次水量调节;

步骤三:所述计算装置基于所述多个校准雨量值以及各待校准雨量传感器测得的实际雨量值,为每个待校准雨量传感器计算校准系数;

步骤四:基于所述校准系数对所述待校准雨量传感器进行校准。

进一步地,所述调节雨量采集装置中的水量的具体方法为:

根据多个校准雨量值从小到大的顺序,所述雨量校准控制器控制所述分配泵自供水装置依次抽取一定水量,所述水量值为当前校准雨量值与待校准雨量传感器个数的乘积;所述多位阀根据所述校准指令控制输出口开关,将分配泵中的水等量注入所述多个待校准雨量传感器。

进一步地,所述校准系数的计算采用最小二乘法、广义延拓法或插值法。

根据本发明的第三目的,本发明还提供了一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准系统,包括:岸站控制中心、计算装置、校准装置、多个雨量传感器;

所述岸站控制中心,提供用户输入接口,用于接收用户设置的多个校准雨量值和水泵控制策略,生成一键式校准指令并发送至计算装置;

所述多个雨量传感器安装在深海浮标上,用于实时观测深海浮标所在位置的雨量信息,并发送至计算装置;

所述计算装置和校准装置设置在箱体内,所述箱体固定于浮标平台上;所述计算装置接收多个雨量传感器当前测得的雨量数据,在一定条件下生成校准请求,触发一键式校准指令,控制三轴机械手通过夹爪抓取雨量传感器,放入箱体内校准装置中指定位置进行校准。

进一步地,所述校准装置在待校准雨量传感器放入后,自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节所述待校准雨量传感器中的水量;所述待校准雨量传感器在每次水量调节后感测实际雨量值并传输至所述计算装置;所述计算装置接收所述待校准雨量传感器传输的实际雨量值,并根据所述多个校准雨量值和所述实际雨量值,计算校准系数,用于所述待校准雨量传感器的校准。

进一步地,所述雨量传感器的个数为2个。当两个雨量传感器测得的雨量值差值大于一定阈值时生成校准请求,触发一键式校准指令。

根据本发明的第四目的,本发明还提供了一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准方法,包括以下步骤:

步骤一:计算装置接收岸站控制台发送的一键式校准指令并进行存储,所述指令包含多个校准雨量值的自定义设置和多位阀控制策略;

步骤二:计算装置接收多个雨量传感器实时发送的雨量数据,在一定条件下生成校准请求,触发一键式校准指令,控制三轴机械手将雨量传感器取下并放入校准装置,开始校准;

步骤三:所述校准装置自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节待校准雨量传感器中的水量;其中,每一次水量调节后,均通过待校准传感器检测所述水量得到实际雨量值,并反馈至所述计算装置,所述计算装置接收到所述反馈后进行下一次水量调节;

步骤四:所述计算装置基于所述多个校准雨量值以及各待校准雨量传感器测得的实际雨量值,为每个待校准雨量传感器计算校准系数;

步骤五:基于所述校准系数对所述待校准雨量传感器进行校准。

本发明的有益效果:

1、本发明通过设置多个校准雨量值,获取大量数据用于拟合曲线,数据量越大拟合精度越高,因而校准精确度高,特别适用于对精度要求较高的海洋雨量传感器的校准;

2、本发明通过计算装置实现了雨量传感器的一键式自动化校准,用户仅需在控制装置中点击校准按钮,整个系统自动对待校准雨量传感器进行校准,减少人为因素引入的误差,降低校准的工作量;

3、本发明的现场校准系统安装在海洋浮标上,由岸站控制台向其发送一键式校准指令,满足一定条件时(如数据精度不足、达到时间阈值等),触发一键式校准指令,通过机械臂将正在工作的雨量传感器取下放入浮标上的校准系统中,对其进行自动校准,校准完成后,再放回原位置继续工作。实现了海洋浮标上雨量传感器的现场自动校准,并且可以设置为一个月校准一次,不需要工作人员将其取回岸上,大大增加了校准频率,保证的传感器的精度,同时节约了校准成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的实施例1一键式雨量传感器校准系统的系统结构图;

图2为本发明的实施例2一键式雨量传感器校准方法的流程图;

图3为本发明的实施例3适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准系统。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例目的是提供一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器校准系统。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器校准系统,如图1所示,包括:计算装置、校准装置和待校准雨量传感器。

所述计算装置,分别与待校准雨量传感器和校准装置连接,所述计算装置提供用户输入接口,用于接收用户设置的多个校准雨量值、多位阀控制策略和一键式操作,生成一键式校准指令,并将所述校准指令发送至所述校准装置;以及接收所述待测雨量传感器传输的实际雨量值,并根据所述多个校准雨量值和所述实际雨量值,计算校准系数,用于所述待测雨量传感器的校准;

校准装置,包括多位阀,所述多位阀置于待校准传感器上方,用于接收所述计算装置发送的校准指令,自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节所述待校准雨量传感器中的水量;所述待校准雨量传感器在每次水量调节后感测实际雨量值并传输至所述计算装置。

具体地,所述校准装置还包括:雨量校准控制器、分配泵和供水装置。其中,雨量校准控制器、分配泵和多位阀依次连接;所述多位阀具有多个输出口,用于连接待校准雨量传感器;所述分配泵还连接供水装置;所述雨量校准控制器和所述多位阀均与所述计算装置连接。所述雨量校准控制器接收所述计算装置发送的校准指令,根据多个校准雨量值控制水泵从供水装置依次抽取一定量的水,然后通过多位阀等量注入所述多个待校准雨量传感器。

本实施例中,校准雨量值的数量和具体数值根据待校准雨量传感器的使用环境和精度要求设定。

本实施例中的控制器工作时,多位阀最少一路打开,防止陶瓷封塞芯损坏。

实施例二

本实施例的目的是提供一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器校准方法。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

如图2所述,一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器校准方法,包括以下步骤:

步骤一:通过计算装置的用户界面接收多个校准雨量值的自定义设置、多位阀控制策略以及一键式校准指令,开始自动校准;

步骤二:所述校准装置自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节待校准雨量传感器中的水量;其中,每一次水量调节后,均通过待校准传感器检测所述水量得到实际雨量值,并反馈至所述计算装置,所述计算装置接收到所述反馈后进行下一次水量调节;

步骤三:所述计算装置基于所述多个校准雨量值以及各待校准雨量传感器测得的实际雨量值,为每个待校准雨量传感器计算校准系数;

步骤四:基于所述校准系数对所述待校准雨量传感器进行校准。

所述步骤二中水量调节的具体方法为:

根据多个校准雨量值从小到大的顺序,所述雨量校准控制器控制所述分配泵自供水装置依次抽取一定水量,优选地,所述水量值为当前校准雨量值与待校准雨量传感器个数的乘积;所述多位阀根据所述校准指令控制输出口开关,将分配泵中的水等量注入所述多个待校准雨量传感器。

本实施例中,校准雨量值的数量和具体数值根据待校准雨量传感器的使用环境和精度要求设定。

所述步骤三中计算校准系数的具体方法为:

设所述校准雨量值数目为n个,记为a1,a2,…,aj…,an;设待校准雨量传感器为m个,第i个待校准雨量传感器基于第j个校准雨量值测得的雨量值记为b[i,aj],1≤i≤m,1≤j≤n;

计算装置根据{aj}和{b[i,aj]}进行曲线拟合,生成拟合系数ci1、ci2…cik…cip(即{cik}),其中p为拟合系数的个数,并将{cik},1≤k≤p作为第i个待校准雨量传感器的校准系数,1≤i≤m,1≤j≤n;所述曲线拟合可以采用最小二乘法、广义延拓法或插值法。

计算装置基于{aj}和{b[i,aj]}、以及校准系数{cik},自动生成校准文件,用于对第i个待校准雨量传感器测得的雨量数据进行校准。

为了更清楚地理解本实施例,本实施例工作过程可描述为:

用户通过计算装置上的用户界面设置多个校准雨量值,例如,所述多个校准雨量值可以设为7个,记为a1,a2,…,a7,分别为:70ml、100ml、210ml、280ml、350ml、420ml和490ml;用户点击用户界面上的校准按钮,开始执行校准;

设有6个雨量筒,每个雨量筒连接一个待校准雨量传感器。按照校准雨量值从小至大的顺序,控制水泵依次抽取相应的水量,以70ml为例,控制水泵抽取420ml水量,然后将这些水等量注入所述6个雨量筒,获取这6个待校准雨量传感器测得的实际雨量值传输至计算装置,这6个实际雨量值记为b[1,a1],b[2,a1]…b[6,a1];通过相同过程,依次获取这6个待校准雨量传感器在校准雨量值为100ml、210ml、280ml、350ml、420ml和490ml时测得的实际雨量值;

计算装置基于获取的多个校准雨量值aj(1≤j≤7)及其对应的实际雨量值b[i,aj](1≤i≤m),为每个待校准雨量传感器计算校准系数,即获取校准雨量值与实际雨量值之间的函数关系,并采用所述aj(1≤j≤7)、b[i,aj](1≤i≤m)和校准系数生成校准文件,基于所述校准文件对相应待校准雨量传感器测得的雨量进行校准。

实施例三

本实施例目的是提供一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准系统。

基于实施例一提供的校准系统和实施例二提供的校准方法,本实施例提供了一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准系统,如图3所示,包括:岸站控制中心、计算装置、校准装置、多个雨量传感器。

所述岸站控制中心用于接收所述多个雨量传感器实时传输的雨量数据,以及远程控制深海浮标上的校准装置。所述岸站控制中心提供用户输入接口,用于接收用户设置的多个校准雨量值和水泵控制策略,生成一键式校准指令并发送至计算装置。

所述多个雨量传感器安装在深海浮标上,用于实时观测深海浮标所在位置的雨量信息,并发送至岸站控制中心以及计算装置。

所述计算装置和校准装置设置在箱体内,所述箱体固定在浮标平台正中心位置,箱体一侧设有开口和盖子。所述计算装置与第一步进电机,以及x、y、z轴步进电机连接,第一步进电机驱动传动装置带动伸缩杆完成直线运动,所述伸缩杆与箱体上的盖子连接,伸缩杆在直线运动时带动盖子的打开和关闭。x、y、z轴步进电机控制驱动三轴机械手从箱体的开口伸出,通过夹爪抓取雨量传感器,放入箱体内的校准装置中指定位置进行校准,以及从箱体内指定位置抓取校准后的雨量传感器,然后安装到原位置继续进行观测。

所述三轴机械手,包括:x轴移动平台、y轴移动平台和z轴移动平台;所述x轴移动平台上安装有x轴步进驱动器和x轴步进电机;所述y轴移动平台上安装有y轴步进驱动器和y轴步进电机,所述z轴移动平台上安装z轴步进驱动器和z轴步进电机;所述z轴移动平台垂直海平面,安装在x轴移动平台和y轴移动平台的正下方,所述z轴移动平台的最下端固定在箱体内表面一角,机械手的初始状态在箱体内。

所述x轴移动平台的一端活动安装在z轴移动平台上,z轴步进电机带动z轴传动装置使x轴移动平台沿着z轴方向做直线移动;

所述y轴移动平台的一端活动安装在x轴移动平台上,x轴步进电机带动x轴传动装置使y轴移动平台沿着x轴方向做直线移动;

所述y轴移动平台上活动安装有滑块,y轴步进电机带动y轴传动装置使滑块沿着y轴做直线移动,所述滑块正下方安装气缸,气缸下方安装夹爪;所述计算装置通过电磁阀控制气缸工作,气缸带动夹爪的夹紧与放松;

所述x轴步进驱动器、y轴步进驱动器和z轴步进驱动器均与计算装置连接;所述x轴步进驱动器与x轴步进电机连接,所述y轴步进驱动器与y轴步进电机连接,所述z轴步进驱动器与z轴步进电机连接;

所述计算装置还与x轴位置传感器、y轴位置传感器和z轴位置传感器连接;所述x轴位置传感器安装在x轴移动平台上,所述y轴位置传感器安装在y轴移动平台上,所述z轴位置传感器安装在z轴移动平台上。

所述计算装置,与校准装置连接,所述计算装置接收多个雨量传感器当前测得的雨量数据,在一定条件下生成校准请求,触发一键式校准指令,控制箱体的盖子打开,然后控制三轴机械手通过夹爪抓取雨量传感器,放入箱体内校准装置中指定位置进行校准。

具体地,所述校准装置包括多位阀,所述雨量传感器放置于多位阀下方;

所述校准装置在待校准雨量传感器放入后,自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节所述待校准雨量传感器中的水量;所述待校准雨量传感器在每次水量调节后感测实际雨量值并传输至所述计算装置。

所述计算装置接收所述待校准雨量传感器传输的实际雨量值,并根据所述多个校准雨量值和所述实际雨量值,计算校准系数,用于所述待校准雨量传感器的校准。

具体地,所述校准装置还包括:雨量校准控制器、分配泵和供水装置。其中,雨量校准控制器、分配泵和多位阀依次连接;所述多位阀具有多个输出口,用于连接雨量筒;所述分配泵还连接供水装置;所述雨量校准控制器和所述多位阀均与所述计算装置连接。所述雨量校准控制器接收所述计算装置发送的校准指令,根据多个校准雨量值控制水泵从供水装置依次抽取一定量的水,然后通过多位阀等量注入所述多个雨量筒。

所述待校准雨量传感器下方设有水流通道,用于将待校准雨量传感器流出的水传输到供水装置,以便水的循环使用。实现表明,供水装置中预存1.5升水即可满足要求。

优选地,所述实际雨量值取一定时间间隔内的平均值。以避免浮标的摇摆导致的实时雨量测量不准确。

优选地,所述雨量传感器的个数为2个。当两个雨量传感器测得的雨量值差值大于一定阈值时生成校准请求,触发一键式校准指令。

优选地,设定时间阈值,每隔一定时间进行一次校准。例如,设时间阈值为一个月,当距离上次校准的时间达到一个月时生成校准请求,触发一键式校准指令。

优选地,生成校准请求后,还可以发送至岸站控制台,由用户判断是否需要校准。

优选地,所述计算装置通过铱星模块与岸站控制台进行通信连接。

用户还可以基于岸站控制台接收的雨量数据,判断数据是否存在错误,是否需要校准,当需要校准时向计算装置发送命令,触发一键式校准指令。

本实施例中,校准雨量值的数量和具体数值根据待校准雨量传感器的使用环境和精度要求设定。

本实施例中的控制器工作时,多位阀最少一路打开,防止陶瓷封塞芯损坏。

实施例四

本实施例的目的是提供一种用于实施例三中现场校准系统的校准方法。

为了实现上述目的,本实施例提供了一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器现场校准方法,包括以下步骤:

步骤一:计算装置接收岸站控制台发送的一键式校准指令并进行存储,所述指令包含多个校准雨量值的自定义设置和多位阀控制策略;

步骤二:计算装置接收多个雨量传感器实时发送的雨量数据,在一定条件下生成校准请求,触发一键式校准指令,控制三轴机械手将雨量传感器取下并放入校准装置,开始校准;

步骤三:所述校准装置自动根据多个校准雨量值通过多位阀依次调节待校准雨量传感器中的水量;其中,每一次水量调节后,均通过待校准传感器检测所述水量得到实际雨量值,并反馈至所述计算装置,所述计算装置接收到所述反馈后进行下一次水量调节;

步骤四:所述计算装置基于所述多个校准雨量值以及各待校准雨量传感器测得的实际雨量值,为每个待校准雨量传感器计算校准系数;

步骤五:基于所述校准系数对所述待校准雨量传感器进行校准。

所述水量调节和计算校准系数的具体方法参见实施例二。

与现有技术相比,本发明所述的一种适用于深海浮标的一键式雨量传感器校准系统及方法,通过设置多个校准雨量值,获取大量数据用于拟合曲线,数据量越大拟合精度越高,因而校准精确度高,特别适用于对精度要求较高的海洋雨量传感器的校准;通过计算装置软件实现了雨量传感器的一键式自动化校准,节约了劳动力;基于云服务器提供了远程操作服务,灵活性高,用户体验好。所述一键式雨量传感器校准系统还可引申应用于其他环境中的雨量检测。

本领域技术人员应该明白,上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

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