基于水下传感器链的温度、深度、盐度测量技术的研究
发布时间：2021-12-18 17:39
本文通过对国内外温度、深度、盐度测量技术发展状况的研究,确立了本系统的测量技术指标,并提出了基于传感器链的立体式测量方法。通过将传感器链入水探测实现同一时间立体式测量,整个测量系统分为主板系统和副板系统,副板系统采集的数据传输至主板系统的SD卡进行存储。通过对温度、深度、盐度测量原理的研究确定本系统的测量方案,选择铂电阻温度传感器来测量温度,选择压力测深的方式来测量水深,选择利用实用盐标公式求出盐度,通过对测量方案误差源的分析来设计测量电路。采集的信息经过AD7793进行模数转换,然后通过STM32单片机存储在SD卡中,选择SD卡的SDIO模式来传输数据,并嵌入了 FatFS文件操作系统,可以实现在电脑上对SD卡里的数据直接操作。数据传输本文选用了 RS-232串口传输,定义了接收协议进行数据接收,并应用了循环队列,防止数据来不及存储而丢失。测量系统中还应用了时钟芯片,用来记录采集数据的时间。为了提高测量精度,本文应用了去极值平均滤波算法去除随机误差,并进行了非线性校准实验,利用最小二乘法拟合经验公式。通过最终的误差实验发现经过非线性校准后,可以明显的减小测量误差,提高测量的精度,并且...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１系统传感器链??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｓｅｎｓｏｒ?ｃｈａｉｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ??由于测量系统的副板完全一样，因此本文以测量系统的一个主板和副板来??
?测量系统的总体方案分析与设计??下传感器链对测量目标进行不同深度同时测量，系统硬件框图如图２．２所示。??电源?时钟??ｊ块?｜模块???????）ｒ?＞ｊｒ????温度—？??Ｉ?，一，，．＿ｉ?，?４?ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６??压力?？?ＡＤ７７９３?—＾?｜＇丨＇｜?广机?？?ＳＤ卡??电导率｜￣？???ｊｒ???通信模块??图２．２系统框图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ??测量系统主板的硬件电路在功能上分为主控模块、数据采集模块、数据存??储模块、时钟模块、报警电路模块、数据传输模块以及电源模块。测量系统中??温度、压力、电导率传感器采集的模拟量经过ＡＤＣ转换成数字量传输至单片机??来实现存储，而测量系统副板由于没有设计存储模块需要与主板进行通信，将??采集的信息传输至主板，然后将主板和副板采集的信息都存至主板的ＳＤ卡中。??２．２传感器选型??２．２．１温度传感器选型??目前温度的测量方法有很多，通常都是根据物体的某种温度特性来实现，??比如热敏电阻、铂电阻。通过对温度测量中应用最广的三种温度传感器的特点??进行分析．？热敏电阻测温的稳定性较差，温度线性化不理想；热电偶温度传感??器的测量精度不是很理想，在测量过程中需要进行冷端补偿，这在实际应用中??过于复杂；铂电阻温度传感器线性度较高测量误差小，而且实际应用的电路连??接比较简单
小变化的测量，就可以确定压力的大小。为了便于测量，一般把利用单晶硅特??性制作成的应变电阻连成惠斯通电桥使用［２８１。本文选择的压力传感器内部惠斯??通电桥如图２．３左半边所示，凡Ｓ３、／Ｗ４是四个对压力敏感的应变电阻，??当压力为零时：??ＲＳｊＲＳ＾－ＲＳ．ＲＳｊ?＿＿?（２．９）??ＲＳ｛＋ＲＳ２＋ＲＳ３?＋?ＲＳ４??其中是指零点时的输出电压，／〇是指电源电流。由式（２．９）可以得出当??兄时，电桥处于平衡状态Ｆ〇＝０。当硅压阻式压力传感器的硅??膜片受到海水压力时，由于压阻效应电桥上四个桥臂电阻阻值发生变化。根据??压阻效应具有各向异性的特性，使和兄５３有正增量，尺《Ｓ２和有负增量，??掷?ＲＳ广ＲＳ＼＋ＮＲＳ＼，ＲＳ２—ＲＳ２－ＸＲＳ２，?ＲＳｙ＊ＲＳ３＋ＮＲＳｙ?ＲＳ４—ＲＳ４－ＮＲＳ４。当＆力传??感器的硅膜片受到压力后惠斯通电桥无法保持平衡，此时的输出电压为：??ｙ?（ＲＳ，?＋?＼ＲＳ，）（ＲＳ，?＋?ＭＳ，）－（ＲＳ２－／ＳＪｉＳ２）（ＲＳ４?￣＾Ｓ４）?ｊ??ＲＳ｛＋?ＭＳ
【参考文献】：
期刊论文
[1]海水温盐深剖面测量技术综述[J]. 张龙,叶松,周树道,刘凤,韩月琪. 海洋通报. 2017(05)
[2]高可靠性压力传感器的设计与研究[J]. 张艳华,陈玉玲,史岩峰,姜志国. 仪表技术与传感器. 2017(10)
[3]基于SD卡的FAT32文件系统设计与实现[J]. 李敏,侯亚玲,刘颖. 物联网技术. 2017(07)
[4]基于单片机的海洋温深探测器设计开发[J]. 江希. 中国新技术新产品. 2017(13)
[5]基于海洋生态文明及绿色发展的海洋环境实时监测[J]. 赵聪蛟,赵斌,周燕. 海洋开发与管理. 2017(05)
[6]温盐深测量仪（CTD）资料质量对比分析[J]. 任强,于非,魏传杰,范聪慧,司广成. 海洋科学集刊. 2016(00)
[7]基于温度传感器PT1000的全自动量热仪的研究与设计[J]. 肖辽亮. 仪表技术与传感器. 2016(03)
[8]关于Howland电流泵电路的分析与讨论[J]. 田社平,于歆杰. 电气电子教学学报. 2016(01)
[9]STM32单片机原理及硬件电路设计研究[J]. 周江. 数字技术与应用. 2015(11)
[10]感应传输温盐深链水上低功耗控制系统设计[J]. 梁津津,姜飞,张孝薇,吴晟,邓云. 传感器与微系统. 2015(10)
硕士论文
[1]多参数海洋浮标监测系统研究[D]. 李晴.上海海洋大学 2017
[2]基于高精度温度、电导率传感器的新型盐度计集成设计[D]. 张挺.国家海洋技术中心 2017
[3]在线CTD仪器的设计与研究[D]. 潘乐乐.浙江大学 2015
[4]海洋自容式温深测量仪研究与开发[D]. 徐霄阳.中国海洋大学 2013
[5]宽范围精密温度测量及存储系统的设计与实现[D]. 袁永平.哈尔滨工程大学 2013
[6]温盐深传感器设计及其数据处理技术研究[D]. 吕志.哈尔滨工程大学 2013
[7]七电极电导率传感器及CTD测量系统技术研究[D]. 兰卉.天津大学 2012
[8]高精度温深参数测量技术研究与设计[D]. 赖多明.哈尔滨工程大学 2010
[9]温盐深传感器测量技术的研究与设计[D]. 牛付震.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3542874
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１系统传感器链??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｓｅｎｓｏｒ?ｃｈａｉｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ??由于测量系统的副板完全一样，因此本文以测量系统的一个主板和副板来??
?测量系统的总体方案分析与设计??下传感器链对测量目标进行不同深度同时测量，系统硬件框图如图２．２所示。??电源?时钟??ｊ块?｜模块???????）ｒ?＞ｊｒ????温度—？??Ｉ?，一，，．＿ｉ?，?４?ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６??压力?？?ＡＤ７７９３?—＾?｜＇丨＇｜?广机?？?ＳＤ卡??电导率｜￣？???ｊｒ???通信模块??图２．２系统框图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ??测量系统主板的硬件电路在功能上分为主控模块、数据采集模块、数据存??储模块、时钟模块、报警电路模块、数据传输模块以及电源模块。测量系统中??温度、压力、电导率传感器采集的模拟量经过ＡＤＣ转换成数字量传输至单片机??来实现存储，而测量系统副板由于没有设计存储模块需要与主板进行通信，将??采集的信息传输至主板，然后将主板和副板采集的信息都存至主板的ＳＤ卡中。??２．２传感器选型??２．２．１温度传感器选型??目前温度的测量方法有很多，通常都是根据物体的某种温度特性来实现，??比如热敏电阻、铂电阻。通过对温度测量中应用最广的三种温度传感器的特点??进行分析．？热敏电阻测温的稳定性较差，温度线性化不理想；热电偶温度传感??器的测量精度不是很理想，在测量过程中需要进行冷端补偿，这在实际应用中??过于复杂；铂电阻温度传感器线性度较高测量误差小，而且实际应用的电路连??接比较简单
小变化的测量，就可以确定压力的大小。为了便于测量，一般把利用单晶硅特??性制作成的应变电阻连成惠斯通电桥使用［２８１。本文选择的压力传感器内部惠斯??通电桥如图２．３左半边所示，凡Ｓ３、／Ｗ４是四个对压力敏感的应变电阻，??当压力为零时：??ＲＳｊＲＳ＾－ＲＳ．ＲＳｊ?＿＿?（２．９）??ＲＳ｛＋ＲＳ２＋ＲＳ３?＋?ＲＳ４??其中是指零点时的输出电压，／〇是指电源电流。由式（２．９）可以得出当??兄时，电桥处于平衡状态Ｆ〇＝０。当硅压阻式压力传感器的硅??膜片受到海水压力时，由于压阻效应电桥上四个桥臂电阻阻值发生变化。根据??压阻效应具有各向异性的特性，使和兄５３有正增量，尺《Ｓ２和有负增量，??掷?ＲＳ广ＲＳ＼＋ＮＲＳ＼，ＲＳ２—ＲＳ２－ＸＲＳ２，?ＲＳｙ＊ＲＳ３＋ＮＲＳｙ?ＲＳ４—ＲＳ４－ＮＲＳ４。当＆力传??感器的硅膜片受到压力后惠斯通电桥无法保持平衡，此时的输出电压为：??ｙ?（ＲＳ，?＋?＼ＲＳ，）（ＲＳ，?＋?ＭＳ，）－（ＲＳ２－／ＳＪｉＳ２）（ＲＳ４?￣＾Ｓ４）?ｊ??ＲＳ｛＋?ＭＳ
【参考文献】：
期刊论文
[1]海水温盐深剖面测量技术综述[J]. 张龙,叶松,周树道,刘凤,韩月琪. 海洋通报. 2017(05)
[2]高可靠性压力传感器的设计与研究[J]. 张艳华,陈玉玲,史岩峰,姜志国. 仪表技术与传感器. 2017(10)
[3]基于SD卡的FAT32文件系统设计与实现[J]. 李敏,侯亚玲,刘颖. 物联网技术. 2017(07)
[4]基于单片机的海洋温深探测器设计开发[J]. 江希. 中国新技术新产品. 2017(13)
[5]基于海洋生态文明及绿色发展的海洋环境实时监测[J]. 赵聪蛟,赵斌,周燕. 海洋开发与管理. 2017(05)
[6]温盐深测量仪（CTD）资料质量对比分析[J]. 任强,于非,魏传杰,范聪慧,司广成. 海洋科学集刊. 2016(00)
[7]基于温度传感器PT1000的全自动量热仪的研究与设计[J]. 肖辽亮. 仪表技术与传感器. 2016(03)
[8]关于Howland电流泵电路的分析与讨论[J]. 田社平,于歆杰. 电气电子教学学报. 2016(01)
[9]STM32单片机原理及硬件电路设计研究[J]. 周江. 数字技术与应用. 2015(11)
[10]感应传输温盐深链水上低功耗控制系统设计[J]. 梁津津,姜飞,张孝薇,吴晟,邓云. 传感器与微系统. 2015(10)
硕士论文
[1]多参数海洋浮标监测系统研究[D]. 李晴.上海海洋大学 2017
[2]基于高精度温度、电导率传感器的新型盐度计集成设计[D]. 张挺.国家海洋技术中心 2017
[3]在线CTD仪器的设计与研究[D]. 潘乐乐.浙江大学 2015
[4]海洋自容式温深测量仪研究与开发[D]. 徐霄阳.中国海洋大学 2013
[5]宽范围精密温度测量及存储系统的设计与实现[D]. 袁永平.哈尔滨工程大学 2013
[6]温盐深传感器设计及其数据处理技术研究[D]. 吕志.哈尔滨工程大学 2013
[7]七电极电导率传感器及CTD测量系统技术研究[D]. 兰卉.天津大学 2012
[8]高精度温深参数测量技术研究与设计[D]. 赖多明.哈尔滨工程大学 2010
[9]温盐深传感器测量技术的研究与设计[D]. 牛付震.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3542874
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