适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统及方法，所述校准系统包括：箱体，以及设置于箱体内的控制装置和校准装置；控制装置分别与三轴机械手、待校准气压传感器、校准装置连接，接收多个待校准气压传感器的气压数据，在一定条件下触发一键式校准指令，控制三轴机械手运动，打开箱体并通过夹爪抓取待校准气压传感器放入校准装置中指定位置进行校准，校准完成后通过夹爪抓取校准后气压传感器放回原位置并关闭箱体；校准装置接收所述控制装置依次发送的校准指令，依次自动进行气压的调节；待校准气压传感器还与校准装置连接，依次测量校准装置的气压，并传输至控制装置。实现气压传感器的一键式现场校准，提高精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统及方法
本专利技术属于海洋气象监测
，尤其涉及一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统及方法。
技术介绍
海洋大气边界层，通常指以海洋为下垫面的大气边界层，边界层大气湍流运动方面的研究表明，湍流属性的输送过程对于边界层以及更高层次大气中的动量、热量、水汽等物理量的平衡有着重要的作用。海洋大气边界是海洋与大气之间能量和物质交换的桥梁。进入20世纪以来，人们越来越意识到海洋对于人类的重要性，也认识到海洋与大气运动有着密切的联系。海气通量的测量在全球气候变化研究中有着十分重要的意义。目前，人们广泛采用的海气通量计算方法主要有四种，即块体参数化方法、廓线方法、惯性耗散法和涡动相关法；其中涡动相关法是利用精度高的快速响应传感器测量状态变量的脉动，获得海气通量；由于涡动相关法直接测量海气通量，无需任何经验参数，因此代表未来海气通量直接实时自动测量的发展方向，是目前深海浮标上传感器所使用的最可靠的方法。然而，深海浮标上的传感器在测量海气通量的相关状态变量时会面临海上环境腐蚀性强、湿度大、风速高等复杂的海上环境，同时因传感器集成于深海浮标上，例如，在测量海上气压时气压传感器随海洋观测浮标发生摇摆，复杂的海上环境造成气压传感器易出现测量误差；在采用涡动相关法计算海气通量时，传感器随着工作时间增加，测量的数据会随之漂移，传感器引入的误差会导致结果的不准确。因此，需要对海洋气压传感器进行快速、精确的校准工作，使气压传感器保持高的测量精度。目前气压传感器的校准方法主要存在以下缺点：1、在现有的气压传感器校准的方法中无论是开环校准法还是闭环校准法均采用人工校准；即在每次校准前，人工设置一个标准气压值进行气压传感器的校准，完成该次校准后，人工改变标准气压值，进行下一次的校准。气压传感器人工校准方法效率低下，且存在误操作的可能性，因人为因素引入校准误差，导致校准不准确。2、对于设置于深海浮标上的气压传感器，船队将浮标布放满一年后，船队出海到达现场统一将深海浮标及其传感器回收，将气压传感器取回实验室进行校准，显然，出海成本很高，每次出海成本高达750万元到1000万元。而深海浮标上的传感器因其特殊的使用环境，测量精度较陆地上下降更快，为保障传感器精度，需进行更为频繁的校准，若每次都出海将其取回进行校准，则校准的成本太高。3、在现有的气压传感器校准的方法中计算校准系数采用平均算法与差值处理，算法过于简单，无法达到较高的校准精确度。4、现有技术在校准准确度处理上存在一定的不足，海洋湿度传感器工作于海上环境，与陆地环境不同，湿度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％、湿度传感器往往集成于浮标或船舶等平台上而随平台摇摆等，复杂的工作环境给湿度传感器的快速、精确校准工作带来很高的要求。综上所述，针对现有技术中如何现场、自动、快速、精确的校准气压传感器的问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统及方法。本专利技术有效实现了海洋气压传感器的一键式自动化校准，减少人为因素引入的误差，提高校准的精度，降低校准的工作量，以及提高校准的工作效率，从而提高了海洋气压监测的准确性。本专利技术的第一目的是提供一种适用于深海浮标的一键式气压传感器校准系统。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种适用于深海浮标的一键式气压传感器校准系统，所述校准系统包括：控制装置，所述控制装置分别与待校准气压传感器、校准装置连接，所述控制装置根据接收用户设置的一组标准气压值和一键式操作生成的一键式校准指令，向所述校准装置按照一组标准气压值的顺序依次发送校准指令，控制所述校准装置执行校准操作；以及依次接收所述待校准气压传感器传输至的一组测量气压值，将标准气压值与其对应的测量气压值一一进行校准，得到所述待校准气压传感器的校准系数；校准装置，所述校准装置接收所述控制装置依次发送的校准指令，按照不同校准指令中的标准气压值，依次自动进行气压的调节；待校准气压传感器，所述待校准气压传感器还与所述校准装置连接，所述待校准气压传感器依次测量所述校准装置的气压，并传输至所述控制装置。在本专利技术中，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气压传感器进行校准，有效实现了海洋气压传感器的一键式自动化校准，减少人为因素引入的误差，提高校准的精度，降低校准的工作量，以及提高校准的工作效率，从而提高了海洋气压监测的准确性。作为进一步的优选方案，所述控制装置包括控制台；所述控制台采用但不限于计算机或单片机等控制器，根据校准环境决定；所述控制台分别与所述待校准气压传感器、所述校准装置连接，所述控制台根据接收用户设置的一组标准气压值和一键式操作生成的一键式校准指令并向所述校准装置发送，以及接收所述待校准气压传感器传输的测量气压值数据。作为进一步的优选方案，所述校准装置包括：压力控制器、压缩机和气压采集装置；所述压力控制器分别与所述压缩机、所述气压采集装置连接；所述压力控制器依次接收所述控制台的校准指令，按照校准指令中的标准气压值，控制压缩机工作按照标准气压值产生气压，并将所述压缩机产生的气压通过链接管路传输至所述气压采集装置；所述气压采集装置包括若干个气压筒，所述气压筒与所述待校准气压传感器连接，所述待校准气压传感器测量所述气压筒中的气压，得到当前标准气压值下的测量气压值，并将测量气压值传输至所述控制台。作为进一步的优选方案，所述待校准气压传感器与数据采集器连接，所述数据采集器与所述控制台连接，所述数据采集器在所述气压筒不同的标准气压值时采集待校准气压传感器的测量气压值，获取测量气压值数据集合，并发送给所述控制台。作为进一步的优选方案，所述控制台接收用户设置的一组标准气压值；或根据待校准气压传感器的使用环境和精度要求确定标准气压值大小及标准气压值的数量，自动生成一组标准气压值替代用户设置的一组标准气压值。作为进一步的优选方案，所述待校准气压传感器的数量为至少一个；所述气压筒的数量等于所述待校准气压传感器的数量。本专利技术的第二目的是提供一种适用于深海浮标的一键式气压传感器校准方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种适用于深海浮标的一键式气压传感器校准方法，该方法在控制装置中实现，包括：接收用户设置的一组标准气压值；并存储为标准气压值数据集合；接收用户气压传感器开始校准的一键式操作，开始自动校准；根据用户设置的一组标准气压值的顺序向校准装置发送校准指令；控制校准装置的气压，当校准装置的气压稳定至当前标准气压值时，采集待校准气压传感器的测量气压值；获取到当前标准气压值对应的待校准气压传感器的测量气压值后，根据用户设置的一组标准气压值的顺序向校准装置发送下一校准指令；返回上一步骤，直至获取到用户设置的一组标准气压值中最后一个标准气压值对应的待校准气压传感器的测量气压值；按照顺序存储为测量气压值数据集合；根据标准气压值数据集合和测量气压值数据集合，将其中标准气压值与其对应的测量气压值一一进行校准，得到不同待校准气压传感器的校准系数数据集合；根据生成的校准系数对其对应的待校准气压传感器进行校准。作为进一步的优选方案，在该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统，其特征在于，所述校准系统包括：固定于浮标平台的可开闭箱体，以及设置于箱体内的控制装置和校准装置；所述控制装置分别与三轴机械手、待校准气压传感器、校准装置连接，所述控制装置接收多个待校准气压传感器的气压数据，在一定条件下触发一键式校准指令，所述控制装置控制三轴机械手运动，打开箱体并通过夹爪抓取待校准气压传感器放入校准装置中指定位置进行校准，根据接收卫星发送的岸站中用户设置的一组标准气压值和一键式操作生成的一键式校准指令，向所述校准装置按照一组标准气压值的顺序依次发送校准指令，控制所述校准装置执行校准操作；以及依次接收所述待校准气压传感器传输至的一组测量气压值，将标准气压值与其对应的测量气压值一一进行校准，得到所述待校准气压传感器的校准系数；校准完成后通过夹爪抓取校准后气压传感器放回原位置并关闭箱体；所述校准装置接收所述控制装置依次发送的校准指令，按照不同校准指令中的标准气压值，依次自动进行气压的调节；所述待校准气压传感器还与所述校准装置连接，所述待校准气压传感器依次测量所述校准装置的气压，并传输至所述控制装置。

【技术特征摘要】
1.一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统，其特征在于，所述校准系统包括：固定于浮标平台的可开闭箱体，以及设置于箱体内的控制装置和校准装置；所述控制装置分别与三轴机械手、待校准气压传感器、校准装置连接，所述控制装置接收多个待校准气压传感器的气压数据，在一定条件下触发一键式校准指令，所述控制装置控制三轴机械手运动，打开箱体并通过夹爪抓取待校准气压传感器放入校准装置中指定位置进行校准，根据接收卫星发送的岸站中用户设置的一组标准气压值和一键式操作生成的一键式校准指令，向所述校准装置按照一组标准气压值的顺序依次发送校准指令，控制所述校准装置执行校准操作；以及依次接收所述待校准气压传感器传输至的一组测量气压值，将标准气压值与其对应的测量气压值一一进行校准，得到所述待校准气压传感器的校准系数；校准完成后通过夹爪抓取校准后气压传感器放回原位置并关闭箱体；所述校准装置接收所述控制装置依次发送的校准指令，按照不同校准指令中的标准气压值，依次自动进行气压的调节；所述待校准气压传感器还与所述校准装置连接，所述待校准气压传感器依次测量所述校准装置的气压，并传输至所述控制装置。2.如权利要求1所述的一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统，其特征在于，所述箱体固定在浮标平台正中心位置，所述箱体上表面为上盖；所述控制器与第一步进电机连接，第一步进电机驱动传动装置带动伸缩杆完成直线运动，所述伸缩杆与上盖连接，伸缩杆在直线运动时带动上盖的打开和关闭，所述控制器控制打开或关闭箱体；所述控制装置通过铱星模块与岸站进行通信连接。3.一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准方法，基于权利要求1-2的系统，其特征在于，该方法在控制装置中实现，包括：接收卫星发送的岸站控制台用户设置的一组标准气压值和一键式操作生成的一键式校准指令并进行存储；将一组标准气压值存储为标准气压值数据集合；接收待校准气压传感器实时发送的气压数据，在一定条件下生成校准请求，触发一键式校准指令，控制打开盒体以及控制三轴机械手将气压传感器取下并放入校准装置，根据用户设置的一组标准气压值的顺序向校准装置发送校准指令；控制校准装置的气压，当校准装置的气压稳定至当前标准气压值时，采集待校准气压传感器的测量气压值；获取到当前标准气压值对应的待校准气压传感器的测量气压值后，根据用户设置的一组标准气压值的顺序向校准装置发送下一校准指令，直至获取到用户设置的一组标准气压值中最后一个标准气压值对应的待校准气压传感器的测量气压值；按照顺序存储为测量气压值数据集合；根据标准气压值数据集合和测量气压值数据集合，将其中标准气压值与其对应的测量气压值一一进行校准，得到不同待校准气压传感器的校准系数数据集合；根据生成的校准系数对其对应的待校准气压传感器进行校准；控制三轴机械手将气压传感器放回原位置并控制关闭箱体。4.一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统，其特征在于，所述校准系统包括：控制装置，所述控制装置分别与待校准气压传感器、校准装置连接，所述控制装置根据接收用户设置的一组标准气压值和一键式操作生成的一键式校准指令，向所述校准装置按照一组标准气压值的顺序依次发送校准指令，控制所述校准装置执行校准操作；以及依次接收所述待校准气压传感器传输至的一组测量气压值，将标准气压值与其对应的测量气压值一一进行校准，得到所述待校准气压传感器的校准系数；校准装置，所述校准装置接收所述控制装置依次发送的校准指令，按照不同校准指令中的标准气压值，依次自动进行气压的调节；待校准气压传感器，所述待校准气压传感器还与所述校准装置连接，所述待校准气压传感器依次测量所述校准装置的气压，并传输至所述控制装置。5.如权利要求1-2与权利要求4任一所述的一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统，其特征在于，所述控制装置包括控制台；所述校准装置包括：压力控制器、压缩机和气压采集装置；所述压力控制器分别与所述压缩机、所述气压采集装置连接；所述压力控制器依次接收所述控制台的校准指令，按照校准指令中的标准气压值，控制压缩机工作按照标准气压值产生气压，并将所述压缩机产生的气压通过链接管路传输至所述气压采集装置；所述气压采集装置包括若干个气压筒，所述气压筒与所述待校准气压传感器连接，所述待校准气压传感器测量所述气压筒中的气压，得到当前标准气压值下的测量气压值，并将测量气压值传输至所述控制台。6.如权利要求1-2与权利要求4任一所述的一种适用于深海浮标的一键式气压传感器现场校准系统，其特征在于，所述待校准气压传感器与数据采集器连接，所述数据采集器与所述控制台连接，所述数据采集器在所述气压筒不同的标准气压值时采集待校准气压传感器的测量气压值，获取测量气压值数据集合，并发送给所述控制台；所述控制台接收用户设置的一组标准气压值；或根据待校准气压传感器的使用环境和精度要求确定标准气压值大小及标准气压值的数量，自动生成一组标准气压值替代用户设置的一组标准气压值。7.一种适用于深海浮标的一键式气压传感器校准方法，基于权利要求4所述的系统，该方法在控制装置中实现，包括：接收用户设置的一组标准气压值；并存储为标准气压值数据集合；接收用户气压传感器开始校准的一键式操作，开始自动校准；根据用户设置的一组标准气压值的顺序向校准装置发送校准指令；控制校准装置的气压，当校准装置的气压稳定至当前标准气压值时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁春林，苏清磊，李劳钰，李超，李安山，
申请(专利权)人：国家海洋局第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37