[發明專利]適用于深海浮標的一鍵式氣壓傳感器現場校準系統及方法

有效

• 申請號: 201711175263.6
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107966242B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 寧春林;蘇清磊;李勞鈺;李超;李安山
• 申請（專利權）人: 國家海洋局第一海洋研究所
• 主分類號: G01L27/00
• 分類號: G01L27/00;G01W1/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種適用于深海浮標的一鍵式氣壓傳感器現場校準系統及方法，所述校準系統包括：箱體，以及設置于箱體內的控制裝置和校準裝置；控制裝置分別與三軸機械手、待校準氣壓傳感器、校準裝置連接，接收多個待校準氣壓傳感器的氣壓數據，在一定條件下觸發一鍵式校準指令，控制三軸機械手運動，打開箱體并通過夾爪抓取待校準氣壓傳感器放入校準裝置中指定位置進行校準，校準完成后通過夾爪抓取校準后氣壓傳感器放回原位置并關閉箱體；校準裝置接收所述控制裝置依次發送的校準指令，依次自動進行氣壓的調節；待校準氣壓傳感器還與校準裝置連接，依次測量校準裝置的氣壓，并傳輸至控制裝置。實現氣壓傳感器的一鍵式現場校準，提高精度和效率。

技術領域

本發明屬于海洋氣象監測技術領域，尤其涉及一種適用于深海浮標的一鍵式氣壓傳感器現場校準系統及方法。

背景技術

海洋大氣邊界層，通常指以海洋為下墊面的大氣邊界層，邊界層大氣湍流運動方面的研究表明，湍流屬性的輸送過程對于邊界層以及更高層次大氣中的動量、熱量、水汽等物理量的平衡有著重要的作用。海洋大氣邊界是海洋與大氣之間能量和物質交換的橋梁。進入20世紀以來，人們越來越意識到海洋對于人類的重要性，也認識到海洋與大氣運動有著密切的聯系。海氣通量的測量在全球氣候變化研究中有著十分重要的意義。

目前，人們廣泛采用的海氣通量計算方法主要有四種，即塊體參數化方法、廓線方法、慣性耗散法和渦動相關法；其中渦動相關法是利用精度高的快速響應傳感器測量狀態變量的脈動，獲得海氣通量；由于渦動相關法直接測量海氣通量，無需任何經驗參數，因此代表未來海氣通量直接實時自動測量的發展方向，是目前深海浮標上傳感器所使用的最可靠的方法。

然而，深海浮標上的傳感器在測量海氣通量的相關狀態變量時會面臨海上環境腐蝕性強、濕度大、風速高等復雜的海上環境，同時因傳感器集成于深海浮標上，例如，在測量海上氣壓時氣壓傳感器隨海洋觀測浮標發生搖擺，復雜的海上環境造成氣壓傳感器易出現測量誤差；在采用渦動相關法計算海氣通量時，傳感器隨著工作時間增加，測量的數據會隨之漂移，傳感器引入的誤差會導致結果的不準確。因此，需要對海洋氣壓傳感器進行快速、精確的校準工作，使氣壓傳感器保持高的測量精度。

目前氣壓傳感器的校準方法主要存在以下缺點：

1、在現有的氣壓傳感器校準的方法中無論是開環校準法還是閉環校準法均采用人工校準；即在每次校準前，人工設置一個標準氣壓值進行氣壓傳感器的校準，完成該次校準后，人工改變標準氣壓值，進行下一次的校準。氣壓傳感器人工校準方法效率低下，且存在誤操作的可能性，因人為因素引入校準誤差，導致校準不準確。

2、對于設置于深海浮標上的氣壓傳感器，船隊將浮標布放滿一年后，船隊出海到達現場統一將深海浮標及其傳感器回收，將氣壓傳感器取回實驗室進行校準，顯然，出海成本很高，每次出海成本高達750萬元到1000萬元。而深海浮標上的傳感器因其特殊的使用環境，測量精度較陸地上下降更快，為保障傳感器精度，需進行更為頻繁的校準，若每次都出海將其取回進行校準，則校準的成本太高。

3、在現有的氣壓傳感器校準的方法中計算校準系數采用平均算法與差值處理，算法過于簡單，無法達到較高的校準精確度。

4、現有技術在校準準確度處理上存在一定的不足，海洋濕度傳感器工作于海上環境，與陸地環境不同，濕度傳感器在海洋使用時會面臨環境的特殊性，包括腐蝕性強、濕度大、風速比陸地高25％、濕度傳感器往往集成于浮標或船舶等平臺上而隨平臺搖擺等，復雜的工作環境給濕度傳感器的快速、精確校準工作帶來很高的要求。

綜上所述，針對現有技術中如何現場、自動、快速、精確的校準氣壓傳感器的問題，尚缺乏有效的解決方案。

發明內容