相对湿度测量仪设计（精选十篇）
相对湿度测量仪设计 篇1
1.1 设计背景
空气质量是当代世界共同关注的热点，空气质量直接影响着环境中的人和物，而湿度是影响空气环境质量的重要因素之一，研究发现，湿度直接影响着空气洁净度和舒适性，从而影响存在于该环境下的产品质量以及人们生活质量。故湿度监测能使人类及时做出改善措施以得到更好的生存环境，现如今已经将湿度的检测广泛应用到了许多领域，如货物储藏仓库中、森林防火以及医院无菌诊疗室等。
1.2 解决的基本问题
设计一个相对湿度测量系统，它应该具备以下这些功能：
(1）能够实时测量环境中的湿度值。
(2）具有远程通信功能。
(3）具有报警输出。
2 总体设计
2.1 设计要求
设计要求实现湿度的采集和实时动态显示，并且与设定的湿度上限和下限比较，在其范围内则正常显示，若超出范围则不但要显示，还需要峰鸣器报警。实现湿度的智能采集监测功能。
2.2 总体方案
设计采用51单片机、湿度传感器和RS485串口电路等组成。
其他硬件包括：显示和键盘、串行通信、电源电路。
工作原理：设计的核心部件是单片机，将采集的湿度信号用ADC0809进行模/数转换传递给单片机。通过键盘显示电路完成了人机信息交换的目的。设计采用RS485远程通信，使测量系统既可以实现远程检测控制，还能多地或多区域同时监控等。
设计的总体框图如图1所示。
电源电路主要是为单片机、传感器以及各芯片提供+5V稳压电源。
湿度测量电路中包括湿度传感器和ADC0809，它们组成的电路可以把传感器采集到的模拟信号转换成0.8～3.9V的电压信号传递给单片机。
显示电路主要完成对单片机传输来的信号进行湿度的数值显示。
键盘电路完成对湿度的上下限设置。
通信电路完成了对湿度测量的远程监控。
3 湿度测量系统的硬件
3.1 湿度测量传感器
集成湿度传感器HIH3610的优点如下：相对湿度电压输出线性度好、精度高±2%、工作电压低4～5.8V，工作电流在200μA以下，功耗极低、湿度测量范围0～100%、工作温度范围-40℃～85℃、互换性强、输出电压较高（5V供电时输出为0.8～3.9V）、直接与A/D转换器连接等。
设计将传感器电压输出端与ADC0809的IN＿0（即ADC0809的26引脚）相连接，将湿度传感器HIH3610采集到的模拟量信号传递给ADC0809。其电路连接图如图2所示。
传感器选择ADC0809的IN0（即26引脚）作为信号输入口。
3.2 模拟/数字量转换ADC0809
ADC0809是带有8位逐次逼近式A/D转换器的CMOS组件，和微处理器兼容且带8路多路开关，可以和单片机直接接口。
ADC0809只能对信号单极性，电压范围是0-5V的模拟量进行处理，若输入的模拟信号太小，则增加放大环节；若模拟量频率过大，则增加采样保持电路。
ALE为高电平有效的地址锁存允许输入线。A,B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。当ALE允许时，锁存A,B,C 3条地址线的地址信号，再经译码器译码后将被选中的某一通道的模拟量进入转换器进行A/D转换。
ST为转换有效启动信号。具体功能如下：ST上升沿时，内部寄存器清零；ST下降沿时，A/D转换开始；转换过程中，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。A/D转换过程中EOC为低电平，EOC为高电平表明转换结束。OE为输出允许信号，OE=1，输出数据；OE=0，输出数据线呈高阻状态。D0-D7为转换后的数字量输出线。
CLK为时钟信号输入线。ADC0809的时钟电路由外界提供，一般时钟频率为500KHZ。
ADC0809与单片机AT89C51的连线如图3所示。
由于本设计只采用了一个输入通道IN0，所以A,B,C三条地址输入线接地。8位数字量输出线D0～D7接单片机的P1.0～P1.7作为数字信号输入。
3.3 动态数码管显示电路
一个七段数码管由8个发光二极管组合成一个七段的8字和一个小数点，分别习惯上用a,b,c,d,e,f,g,dp这8个字母来表示。单片机Pn的8个端口正好与8个发光二极管连接，8个发光二极管的亮与灭就由单片机这8个引脚输出的高低电平来控制，从而显示各种数字和符号。
数码管与单片机的连线图如图4所示。
设计将数码管的段选端口a,b,c,d,e,f,g,dp对应接到51单片机的P0.0～P0.7，位选端口COM1～COM4接单片机的P2.0～P2.3，单片机通过位选来控制哪一个数码管亮，通过控制段选来控制数码管显示什么形状。
3.4 报警电路
报警电路主要是用来监测湿度值是否超出上下限，超出界限则报警，给操作人员及时提醒，以便于操作人员采取适当措施使湿度保持在安全范围内。报警电路图如图5所示。
当测出的湿度值超出上下限时，单片机将给P3.3一个低电平信号，使峰鸣器工作。
3.5 按键设定电路
本设计设置了4个按键，可以由使用者自由调整湿度值，实现湿度的智能控制，提高实用性。在按键电路中加了4个5.1K的上拉电阻，主要是为了输出的时候拉高输出电平，如此性能也稳定不了多少，加电阻的时候也不能太小，主要是为了防止灌电流过大。
设计的按键电路图如图6所示。
当不按下任何按键的时候，这些开关处于高电平，当按下其中一个的时候，就会产生一个低电平信号给单片机，经单片机处理调用相应的子程序。
3.6 RS-485通信电路图
设计为了实现远距离实时监控，应用了RS-485通信技术。RS-485通信技术的有如下优势：传输距离远可达上千米；抑制共模干扰能力强；灵敏度高，能检测低至200mV的电压；可实现用于多点互连而节省信号线；可以联网构成分布式系统，最多并联32台驱动器和32台接收器；RS-485采用半双工通信的工作方式，发送和接受不能同时进行，任何时刻只能有一点处于发送或接受的状态，因此，发送电路必须增加使能信号控制电路。
通信电路图如图7所示。
RS485的1脚和4脚分别接单片机的TXD和RXD,12欧姆的电阻是用来匹配的，另外两个电阻分别是上拉偏置电阻和下拉偏置电阻，主要是用来抵抗信号干扰和信号反射。
4 结语
为了使所检测的湿度更具有实际用途，将湿度值以数字的形式显示出来，这样就能实际应用在仓库检测中，工作人员能实时观察湿度值，并通过串行通信将数据传送到PC机上，管理人员就能“足不出户”地监测各个仓库的情况。通过所检测的湿度值，如果超出预设的上下限值都将进行报警，做到及时提醒管理人员。
摘要：主要设计一种新的相对湿度测量仪表,主要用于仓库湿度监控,保证仓库湿度范围合适。HONEYWELL公司生产的集成湿度传感器HIH3610精度±2%,工作温度-40℃85℃,可测量的湿度范围为0100%。将获得的模拟量信号通过ADC0809转换成数字信号传递给单片机STC80C51,显示采用4位共阴数码管,还采用了4个按键,可以实现对相对湿度上下限的设定调整,当测量出来的湿度值超出上限或者低于下限的时候,系统报警电路就会报警。
关键词：湿度测量,STC89C51芯片,ADC0809转换器,HIH3610传感器
参考文献
[1]马斌.单片机原理及应用[M].人民邮电出版社,2006.
[2]于晓东.80C51单片机原理开发与应用实例/51系列单片机丛书[J].中国电力出版社,2008.
相对湿度测量仪设计 篇2
基于激光雷达测量的空间交会对接相对导航
激光雷达可以作为空间交会对接过程中的相对导航敏感器之一.本文基于线性Hill方程和经典双脉冲交会理论,给出一种两航天器多脉冲交会算法.结合激光雷达的测量值设计相对导航EKF滤波器.仿真结果表明通过滤波,激光雷达能够为航天器交会对接提供足够精度的相对位置和相对速度信息.
作 者：陈韵 周军 Chen Yun Zhou Jun 作者单位：西北工业大学航天学院,西安,710072刊 名：航天控制 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE CONTROL年，卷(期)：200624(1)分类号：V448.22关键词：激光雷达 多脉冲交会 相对导航 EKF
压水堆主蒸汽湿度测量过程浅析 篇3
【摘要】压水堆核电站的主蒸汽是饱和蒸汽，其含湿量是衡量蒸汽品质的重要性能指标，对机组安全、经济运行的意义重大。本文结合国内某核电厂主蒸汽湿度测量试验过程，重点介绍核电厂普遍采用的示踪剂法，并提出了一些可行的优化建议。
概述
与火电厂的过热蒸汽不同，压水堆型核电站的主蒸汽是饱和蒸汽，具有一定的含湿量。湿蒸汽对汽轮机部件产生浸蚀、腐蚀作用，湿蒸汽中的水珠会对高速旋转的汽轮机叶片产生巨大的撞击力，严重影响设备的安全性。因此，准确测定蒸汽发生器出口蒸汽的湿度对于保证主蒸汽的品质，从而确保汽轮机安全、稳定运行有着重要意义。
1、试验原理和方法
将示踪剂加入二回路给水并随之进入蒸汽发生器，由于示踪剂本身特性是易溶于水而不挥发，示踪剂不溶于蒸汽发生器出口干蒸汽，仅少部分被蒸汽发生器饱和蒸汽中的水分携带出，进入汽轮机做功，然后被冷凝成水重新进入蒸汽发生器。经过给水-蒸汽发生器-湿蒸汽-给水循环后，示踪剂在给水系统和蒸汽发生器本体内部达到平衡，此时，被湿蒸汽携带出去的示踪剂质量等于通过二回路给水系统返回蒸汽发生器的示踪剂质量。
在蒸汽发生器内部汽-水结合面处有公式：，整理得：
2、试验实施
2.1示踪剂的选择
普遍采用于蒸汽湿度测量的示踪剂有两种：化学试剂碳酸铯和放射性24Na[1]。24Na是美国西屋公司推荐使用的示踪剂，具有测量精度高，对蒸汽发生器水质影响小的特点，但核素半衰期短（15h），且测量时需要的放射源活度强度较大（约1Ci），国内条件采购运输难度很大。与之相比，普通化学试剂碳酸铯采购运输方便，无放射性，且测量精度满足试验要求，因此，综合考虑采购运输、放射性防护和测量精度等方面的优劣，某核电厂最终选择碳酸铯作为示踪剂。
2.2示踪剂准备和注入
为了减少碳酸铯注入对蒸汽发生器水质的影响，碳酸铯的添加量应经过事先计算，在满足国内实验室ICP-MS痕量铯分析方法检出限的情况下，添加量尽可能少。
碳酸铯注入前应完成以下准备工作：a）蒸汽发生器水化学特性合格，最好处于Na-阳电导率五区图1区范围内；b）凝汽器液位抬高至高液位；c）二回路系统疏排水回收至相应系统，不得排入地沟；d）隔离给水净化和排污系统，避免示踪剂的流失。
示踪剂注入可通过临时装置实现。碳酸铯的注入位置应选择在二回路给水系统尽量靠近蒸汽发生器的地方，这样可以保障示踪剂注入后很短时间内完全进入蒸汽发生器，有效避免示踪剂在二回路给水系统中滞留，即缩短试验时间，也可提高试验样品的代表性。
2.3取样
取样的代表性直接决定了试验结果准确度和真实性，为取到代表性的样品，取样点应远离示踪剂注入点，以保证水样在系统内得到充分搅混。二回路给水系统样品从高加给水母管取样，从工艺流程角度该位置距离示踪剂注入点最远，能够最大程度保障示踪剂混合的均匀性。蒸汽发生器内部样品从SG上部取样，主要考虑是蒸汽发生器上部样品是湿蒸汽被汽水分离后产生的。
取样期间，可通过监测两个位置在线电导率表的趋势变化来判断最终取样时间。当电导率从一开始的明显波动升高到逐步趋缓时，说明碳酸铯已正确注入系统，且逐步混合均匀，此时的样品可作为最后一个样品，用来计算主蒸汽湿度最准确。
2.4主蒸汽湿度换算
主蒸汽的湿度是指蒸汽发生器出口的蒸汽湿度，而本试验测量所得的蒸汽湿度是蒸汽发生器内部汽-水结合面处蒸汽湿度。忽略蒸汽发生器内部到其出口截面的热损失，可根据蒸汽发生器内部和出口截面积、主蒸汽压力等参数采用等焓过程计算获得，蒸汽发生器出口节流截面示意如图1所示。
换算關系式：
式中：
T2：截面2蒸汽发生器出口蒸汽含湿量，%
T1：截面1蒸汽发生器内蒸汽含湿量，%
He1、He2：分别为蒸汽发生器内部、出口的饱和水焓，J/kg
He1、He2：分别为蒸汽发生器内部、出口的干蒸汽焓，J/kg
ρ1、ρ2：分别为蒸汽发生器内部、出口处的饱和蒸汽密度，kg/m3
S1、S2：分别为蒸汽发生器上部、出口蒸汽管道的截面面积，m2
Q：蒸汽流量，kg/s
其中，蒸汽和水的特性（焓值、密度）He1、He2、He1、He2、ρ1、ρ2可根据1、2截面的压力查表获得。
3、结论
非放射性示踪法测量压水堆核电站主蒸汽湿度具有较高的实用性和测量精度，通过对国内某核电厂的试验过程分析，提出了具有借鉴意义的建议。a）试验前后应避免可能的示踪剂流失或额外引入；b）示踪剂注入位置应靠近蒸汽发生器入口，且与取样点距离足够远，此时试验结果最接近真实值；c）试验期间监测取样位置的电导率趋势变化可有效识别示踪剂混合的均匀性。
参考文献
相对湿度测量仪设计 篇4
DF-Bluetooth V3模块与PC机的蓝牙连接
笔者将着重介绍DFRobot公司出品的蓝牙模块的应用。DF-BluetoothV3蓝牙模块采用独特双层板设计, 既美观又能防止静电损坏模块。模块设计有两个电源输入口, 宽电压供电 (3.5～8V) 和3.3V供电, 可适用于各种场合;STATE和LINK指示灯清晰明亮, 用于显示模块工作状态和联机状态;自带高效板载天线, 信号质量好发射距离远;提供透明串口协议, 可与各种蓝牙适配器、蓝牙手机配对使用。这些人性化的设计为二次开发提供了便利。
通过蓝牙模块DF-BluetoothV3, 建立起PC机与Arduino单片机之间无线通信的流程图如图2。
图2中DF-BluetoothV3蓝牙模块, 它可以层叠在Arduino控制器上。我比较欣赏DFRobot公司的电路板层叠设计的理念, 这样可以把作品的电控部分集成在一起, 为我们创作作品腾出了更多的创意空间。
把Arduino控制器和DHT11温湿度传感器用双面胶带粘在电池盒背面, 再把电池盒的电源插头插到Arduino Uno的电源插座里, 给Arduino Uno板提供电源的同时也给蓝牙温湿度采样器供电。于是采样器的硬件系统就这样快速搭建完成了, 如图3所示。
DF-BluetoothV3蓝牙模块, 默认设置为从机模式, 波特率为9600b/s, 通过AT指令可以修改波特率和主从机模式, 将2个模块分别设置为主模块和从模块后, 2个模块就可以自由配对进行数据传输, 因此它非常适用于2个单片机之间的数据通讯。
如果仅是PC机与Arduino单片机的蓝牙通信, 就用出厂默认设置即可, 即从机模式, 波特率为9600 b/s, 这样就不需要用AT指令进行事先特别设置, 对于两个单片机之间主从机蓝牙通信实验, 暂时不详细介绍。
DF-BluetoothV3模块有两个拨码开关, 1号开关LED Off是LINK灯的开关, 可以关闭LINK省电, 拨到“ON”为开, 拨到“1”端为关;2号开关AT Mode是AT命令模式开关, 拨到“ON”, 进入AT命令模式, 拨到“2”端, 退出AT命令模式。在进行PC机与Arduino单片机之间进行蓝牙无线通信实验前, 仔细看图4中蓝牙模块电路板的标识文字, 要把1号开关LED Off拨到ON, 把2号开关AT Mode拨到2端。
PC机与Arduino控制器之间进行蓝牙无线通信不仅需要DF-BluetoothV3模块, 而且还需要把蓝牙适配器插在PC机USB插座里, 市面上大多数蓝牙适配器都可以与DF-BluetoothV3模块成功配对。插上蓝牙适配器, 电脑会自动搜索新设备, 安装蓝牙驱动, 并映射出两个COM串口, 可以在设备管理器的“端口 (COM和LPT) ”目录里看到它们, 这些虽不是我们需要的端口, 但千万不要把它们卸载了!
使用蓝牙适配器和DF-Bluetooth V3配对时, DF-Bluetooth V3必须设置为从机模式, 蓝牙适配器不需要驱动程序, 配对密码为“1234”。我用Windows XP自带的蓝牙组件“LINK”联机DF-Bluetooth V3蓝牙模块, 不成功。采用IVT BlueSoleil 1.6蓝牙管理软件联机是成功的!IVT软件请从以下网址下载:http://115.com/file/e7xrv2ou#IVT Bluesoleil 1.6.zip。
安装IVT BlueSoleil 1.6蓝牙管理软件时, 它会让您安装蓝牙设备驱动, 还有多个蓝牙虚拟串口, 不管它, 都安装上, 如图5。
安装完IVT软件, 然后我们用它一步步地把蓝牙适配器与DF-Bluetooth V3蓝牙模块进行联机“LINK”。
打开IVT BlueSoleil软件, 橘色的球体就是蓝牙适配器, 在黄色的球体上, 点右键→搜索蓝牙设备, 这时软件界面里会出现一个带问号的Bluetooth V3图标, 它就是搜索到的DF-Bluetooth V3蓝牙模块。在Bluetooth V3图标上, 点右键→配对, 会出现“配对”对话框, 要求填写口令, 填入“1234”, 填好后点确定, 配对后蓝牙硬件模块的STATE指示灯会一闪一闪的。
在Bluetooth V3图标上, 点右键→刷新服务, IVT软件界面的串口图标会高亮显示, 如图6所示。接下来进行最后一个“LINK”步骤, 在Bluetooth V3图标上, 点右键→连接→蓝牙串行端口服务, 随之出现“快速连接”对话框, 对话框显示的串行端口就是联机生成的串口号。联机成功后, 橘色的球体与Bluetooth V3图标之间有一条绿色虚线出现, 表示正在传输数据。同时DF-Bluetooth V3蓝牙模块的绿色“LINK”指示灯会持续点亮, 指示联机成功!
图6显示, Windows操作系统桌面右下角出现提示文字, “我的蓝牙端口COM16 (COM16) 已与远程设备建立连接”, 当然您具体联机操作时, 最后生成的串口号不一定是COM16, 要记住您生成的串口号, 这个虚拟出的蓝牙串口号是PC机与Arduino控制器之间通信的唯一通道。这时再打开Windows设备管理器的“端口 (COM和LPT) ”目录, 您可以把多余的串行端口给卸载掉了, 如图7。
蓝牙适配器与DF-Bluetooth V3蓝牙模块联机成功后, 生成了串口号COM16, 现在就可以用RS232串口协议进行无线通信。
测量仪上位机软件设计
蓝牙虚拟测量仪由上位机Labview仪表面板和下位机温湿度采样器组成, 现在谈谈上位机仪表面板程序的设计。可以再看图1, 我为这个作品设计的仪表盘前面板, 蛮酷的吧。
这个仪表盘外形控件看起来很棒, 是Labview软件自带的吗?不是, 您需要下载“VI封装管理器”软件VIPM, VIPM是管理Labview附加组件的Labview官方软件, Labview附加组件有些像Arduino第三方库文件。我用这个软件下载和安装了一个金属风格控件库组件。VIPM下载地址是:http://www.jki.net/vipm。
在Windows桌面上, 点击VIPM图标, 运行程序。在其菜单栏的“Window”菜单项里, 选择Show LabVIEW Tools Network, 如果这时您的电脑已经连上了互联网, 就会紧跟着出现一个更直观的VI附加组件的介绍和安装窗口。
选择Sort By为“Rating”, 再一页页地翻看, 找到图8中我用矩形框标注的金属风格控件库组件, 点击下载, 并安装。
安装完后, Labview的控件工具库面板里就会出现这个金属风格的控件库组件, 控件包括:仪表盘、按钮、开关、图表等。有了这个控件库组件, 您再设计的人机交互面板是不是会比以前更酷。嗯, 现在我们来做一个实验, 找出一个打火机, 要干嘛?别紧张!点火来“烤”DHT11温湿度传感器, 猜猜电脑屏幕上的Labview仪表盘上温度和湿度指针如何行动?看图9。
看看, 温度上升到了50℃, 而湿度被蒸发下降到了25%。夏日里, 我们并不缺乏对温度和湿度的定性感受, 但如果能清晰直观地观测到定量值, 相信对温湿度, 可以做到更加心里有数, 就如您随时看手表, 了解现在的时间是几点几分一样了。
Labview前面板的UI设计虽然比较酷, 但支撑它的后台框图程序却很简单, 花短短20分钟来设计这个程序足以, 初学者可能要时间再长一些。
蓝牙温湿度测量仪PC机仪表面板框图程序如图10。
要编写串口通信程序, 不仅要具备Labview软件, 还必须另外安装NI_VISA串口通讯协议驱动。安装完NI_VISA, 在框图程序界面右击鼠标, 出现函数工具库面板, 再点击“仪表I/O”→“串口”, 就会出现串口函数VI子面板, 如图11。
框图程序是采用NI_VISA“串口”函数来访问和控制串口的。VISA中的“串口”函数库里包含如图11所示的八个子函数VI。本设计用到的三个VISA串口子函数分别是VISA配置串口、VISA读取和VISA关闭。
VISA配置串口函数的作用是完成串口参数的初始化设置, 包括了串口资源名称, 波特率, 奇偶校验、数据位数、是否启用终止符等, 图10中该函数连接了两个输入变量, 它们分别连在串口资源名称和波特率参数端子上, 变量值由前面板上的相应控件来设定, 另外该函数在“是否启用终止符”的端子上还连接了一个布尔常量, 常量值为false, 含义是不启用终止符, 其它输入参数采用默认值。VISA串口配置函数有两个输出端子, 它的图标上面输出端子输出的是串口资源名称, 下面输出端子输出的是错误码, 输出端子向下游函数传递信息。
VISA读取函数有三个输入端子, 图中VISA读取函数图标的上面输入端子是前面VISA配置串口函数传递的串口资源名称, 下面的输入端子传递的是错误码, 意思是若前面的函数出错了, 会往这里输入一个错误码, 然后继续往下面传递, 有错误码出现时程序是不会工作的。中间输入端子是每次从串口读取的字符串字节数, 本文串口通信的字节数应设置为2。
图10中VISA读取函数包含在一个While循环结构中, 每20ms从串口读取两个字节, 并从该函数的中间输出端子, 以字符串的形式输出。VISA读取函数图标上面输出端子输出的是串口资源名称, 下面的输出端子输出的是错误码, 继续向下游函数传递信息。在前面板按下“EXIT”按钮, 可结束While循环。
VISA关闭函数的作用是当程序停止时, 必须要把所用到的串口设备关闭, 若不关闭, 其他程序就不能使用该串口。
从VISA读取函数输出的字符串, 通过“字符串至字符数组转换”函数把字符串转换为字符数组, 再通过“索引数组”函数, 把第0元素从字符数组取出, 是湿度值, 送到湿度仪表控件里显示, 把第1元素从字符数组取出, 是温度值, 送到温度仪表控件里显示, 于是您就看到了DHT11传感器的温湿度直观地显示在PC机屏幕的Labview前面板仪表上了!当然对仪表控件还要通过属性对话框进行数据范围和数据类型的设置。另外还需用修饰控件进一步美化前面板。
Labview程序下载网址是:http://115.com/file/an-86rv29#蓝牙虚拟温湿度仪.zip。
测量仪下位机软件设计
费了半天劲, 写完了Lavbiew上位机程序, 接下来, 下位机Arduino的程序如何设计?Arduino程序的任务有两点:1.把DHT11传感器的温湿度值读出来, 处理成字节数据;2.把湿度和温度字节数据通过串口上传给上位机。
由于DHT11传感器是采用单线制串行通讯的方法进行采样数据的, 要配合时序, 一位位从单条通讯线传过来, 再合成8位字节, 然后还要进行校验和, 所以厂家自带程序, 比较复杂冗长, 看起来头疼!实际上有的时候, 我们琢磨一个东西, 可以大刀阔斧, 没必要转牛角尖, 所以从下面Arduino程序中, 您找到所需的温度值和湿度值, 就行了, dht11_dat[2]为温度值整数部分, dht11_dat[0]为湿度值整数部分, 然后把湿度和温度字节数据通过RS232通讯协议, 上传给PC机串口COM。
下位机蓝牙温湿度采样器Arduino程序:
Arduino程序的下载网址是:http://115.com/file/an86r28u#bluetooth-DHT11.zip。
蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出的一项无线网络技术。它能够在短距离范围内无线连接桌上型电脑与笔记本电脑、便携设备、PDA、移动电话、拍照手机、打印机、数码相机、耳麦、键盘甚至是电脑鼠标。蓝牙无线技术使用了全球通用的频带 (2.4GHz) , 以确保能在世界各地通行无阻。简言之, 蓝牙技术让各种数码设备之间能够无线沟通, 让散落各种连线的桌面环境成为历史。
相对不易用交互设计 篇5
面对这两个情况，恐怕大多数人都不会嫌麻烦，反而应该觉得服务的太周到了。能得到这样的服务，想必是有位贤惠的老婆吧。
然而，就是这样的服务，在另外的条件下，却有着出人意料的结果。
不久前，去某个酒店参加了一次培训，早餐、午餐都是自助餐。早餐中就有刚才提到的吐司，旁边放着吐司机，和各种各样其他的食物放在一起。在整个培训的三天中，我所观察的时间段内，没有一位客人去碰它。午餐的时候，有上面提到的咖啡壶，同样是和各种各样其他的饮料、食物放在一起，同样是没有人问津。
为什么没人问津?因为其他的食物相对更“易得到”。吐司的旁边有小馒头、炒河粉、奶黄包…咖啡壶旁边有橙汁、酸梅汤，还有各种广东靓汤。这些食物都更加容易得到。操作吐司机恐怕还得学习一阵子，必定多数人家里没有这玩意儿。倒咖啡还要自己调配，适量的奶和糖，如果嫌麻烦，只倒上一杯纯咖啡，对于多数中国人来讲，那基本上就等于自己给自己找罪受了。
相对的不易用，使得吐司和咖啡无人问津。
我们来看一个网页上的例子：
搜索器和热门搜索关键词放在一起，
这里的四个热门关键词会有很高的点击量，但如果拿这四个词的搜索量与用户在输入框中输入的关键词相比来判断哪个词更热门，显然就不准确了。实际上在搜索器旁边放上这些热门关键词一定程度上也会搜索器的使用量。因为摆出来的热门关键词更加“易得到”，或者说，点击热门关键词的操作成本更低。
在一个界面中，某个功能是否够易用，不仅仅取决于功能设计的本身，也与它所在的页面中其他功能的易用性有关。当其他功能操作成本更低时，相对操作成本更高的功能使用量会降低。
由这个结论我们还可以推导出更多的结论：
● 当希望引导用户使用某个功能时，应当减少它周围操作更为简便的功能。
● 要提高某个功能的可用性，将其表述的比其他功能更为直白是一种好方法。即，让这个功能更容易看懂，比使用其他功能的学习成本更低。
……
白鸦 说：
3月 11th, at 11:56 下午
拿搜索来做这个例子并不恰当。
人们搜索的动机和目的性是很强的，旁边的关键词更多只是在对于少于目的性不强者的引导。 或者说被某些产品当作了一种“推销和推广手段”。
但。一个页面中信息越多用户越难以选择，所以我们应该减少干扰和噪音确实没错。
相对湿度测量仪设计 篇6
1 硬件选型与调理
1.1 湿度传感器
系统测量目标相对湿度在30%～80%RH范围, 精度控制在±5%RH (25℃) 。由于被测量信号是物理量, 所以首先需要选择传感器, 然后才能进行信号调理处理此后经数据采集卡传输到计算机进行相应的后续分析显示。系统结构如图1所示。
湿度传感器, 一般分为电阻式和电容式两种, 这两种产品都是在基片涂覆感湿材料形成一层感湿膜, 当空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后, 元件的阻抗、介质常数、电容量等发生变化, 利用这些变化量与相对湿度的相关关系, 测量湿度值[1]。湿度传感器使用时必须进行非线性补偿和温度补偿, 新型智能湿度传感器大多有自动补偿功能。在传感器出厂前都进过精密校准, 校准存储器中存储着校准系数, 测量过程中可对相对湿度进行自动校准。
CHTM-01系列湿度传感器的敏感元件 (湿度) 是高分子湿敏电容 “HS1101” , 所需供电在5V±5%范围, 耗电电流平均值是2mA, 最大值5mA, 工作范围要求温度在0～60℃之间, 湿度在10%～95%RH之间, 当温度在25℃, 输入电压是5V时湿度精度在±5%RH之间, 湿度变送范围0～100%RH, 输出信号电压在0～3V[4], 结合测试环境要求, 本系统设计选择CHTM-01系列湿度传感器, 调理电路如图2所示。
1.2 数据采集卡
要从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集各种信号, 送到上位机中进行分析处理, 即进行数据采集 (DAQ) , 首先要依据现场环境进行数据采集卡的选择, 恶劣的工业环境可以考虑选择分布式或者远程采集卡 (模块) , 这种采集卡对环境的适应能力强, 现场环境相对较好的就可以使用USB/PCI采集卡[5]。USB2810A是一种基于USB总线的数据采集卡, 通过计算机的USB接口连接, 这种采集卡有32个物理通道数, 测量范围可以是在-5～+5V, 可在实验室进行数据采集、波形分析和处理系统。其应用场合也比较广泛, 可用于电子产品质量检测、信号采集、过程控制、伺服控制、AD模拟量输入功能等[6]。
利用相应的电路调理和转换采集的量, 以保证和数据采集卡能很好的链接, 这里通过设计差分输入的方式送到采集卡模拟量输入端, 进行模数转换。采用差分输入能有效的抑制共模干扰, 提高系统测量精确度和稳定性。
2 软件设计
2.1 数据采集
数据采集是将数据从被测点用各类方法测量出来, 并加以调制和传输的一个过程, 数据采集的处理过程先从模拟量中通过采样开关的控制, 按一定频率采样, 得出离散信号。再从离散信号中量化采样值, 得出具体数值后进行编码, 变为数字量[7], 这样为以后的操作、传输做好了准备。该设计选用USB设备数据采集卡, 所以编程时在LabVIEW软件中要调用函数读取USB2810设备送来的数据。
2.2 采集过程
采集卡通过USB口与计算机联接后, 在计算上安装采集卡的驱动。采集前要创建使用设备的逻辑ID, 首先初始化AD设备, 指定采集的内存并清空这些内存, 如采集通道数、读取AD数据的长度等, 防止数据发生混乱;做好这些准备后就可以直接启动AD采集, 连续读取指定内存中的数据, 经过相应地转换后输出, 采集数据完成后, 先关闭AD, 再关闭采集卡, 否则采集卡虽关闭但AD采集一直进行, 下次采集时系统报错[7]。
2.3 多通道湿度监测系统
2.3.1 湿度显示
湿度传感器是27个刻度值等于10%RH, 所以这里要对当前的值除以27, 然后再从当次采集的数组中取1个值实时显示, 即采集湿度时首先把采集的数据按传感器特性进行转换, 然后再进行显示[1]。实时显示若超出监测环境要求30%～80%RH范围, 则系统报警提示。
2.3.2 湿度分析
系统设计了一个综合分析窗口对采集湿度完成综合分析, 监测环境的相对湿度是否在目标范围之内, 并显示多通道值 (这里选取了3个湿度值为例) 的实时采集曲线, 通过图形的对比就可以找出湿度的变化。这里对获得的信号进行滤波处理以便获得更加稳定的波形, 处理程序利用Labview软件自带的软滤波器处理, 3个湿度量经过Chebyshev低通滤波后, 通过“创建数组”函数组合为一个3维数组, 然后送到波形图上显示[5], 测量的3点不同的湿度用3条不同曲线来代表, 如图3所示。
Chebyshev低通滤波器最主要的特点是引入了Chebyshev多项式进行分析。这是其特殊幅频特性的数学基础, 多项式如式 (1) [8]。
undefined
其中Ω为信号的模拟角频率。
由此多项式可以得出如下特性:
(1) 参数特性
①|Ω|≤时1, CN (Ω) 在-1和1之间波动;
②Ω=1时, CN (Ω) =1;
③Ω=0时, 若N为奇数, 则CN (Ω) =0;若N为偶数, 则CN (Ω) 等于1或-1;
④|Ω|>1时, CN (Ω) 随Ω单调增大, N越大, CN (Ω) 的增幅越大。
(2) 幅频特性:undefined
(3) 系统函数:undefined
(4) 极点分布:2N个极点sk=σk+jΩk成对分布在椭圆的圆周上。
undefined
(5) 通带波动函数:undefined
(6) 波纹系数:undefined
(7) 阶数:
undefined
由此可见, 低通滤波器的参数, 控制了滤波器幅度响应在通带波动的大小。
3 结论
系统通过对软硬件结构的全面设计, 利用LabVIEW软件平台强大的数据处理和图形分析功能, 达到利用软件实现仪器测试设计。把虚拟仪器软件应用在湿度测量系统中, 突破传统的环境测试系统, 在少量的硬件支持下, 完成多通道参数检测, 同时应用LabVIEW软件的集成大量滤波函数和数据分析处理函数等新增功能, 减免了传统设计中过多的硬件电路处理工序, 为系统的快速搭建和各类分析做出了很大的贡献, 方便快捷的实现参数结果处理分析和系统设计。
参考文献
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相对湿度测量仪设计 篇7
干湿计:它并不像名字那么高深吓人
干湿计是一类湿度表,是一种测量相对湿度的装置。干湿计采用两个温度计,一个干(干球),而另一个则用浸透蒸馏水的布覆盖温度计(湿球)。可用风扇或者靠摆动干湿计(如同“悬挂式湿度计”一样)使空气经过两个温度计。然后,根据干球和湿球温度,用配有湿度计算图的查找表计算湿度。或者,有一些方程可用来计算湿度。以下方程就是用来测试该电路。
WET=湿球摄氏温度,DRY=干球摄氏温度,P=压强(单位为k Pa)
图1显示了基于LTC2991的干湿计。两个晶体管连接到适当的LTC2991输入时,提供湿球和干球温度读数。
上述方程包括大气压力这个变量,这里该变量的值通过Novasensor NPP301-100气压传感器确定,通过为差分输入而配置的信道X测量该传感器。在100kPa气压时(海平面压力大约为101.325kPa),满标度输出为每伏激励电压20mV。
LTC2991还可测量自己的电源电压(在这个电路中,该电压就是用来激励压力传感器的电源轨)。因此,很容易从压力传感器计算成比例的结果,从而消除了激励电压造成的误差。
误差预算
基于无线射频技术的温湿度测量系统 篇8
射频识别技术 (Radio Frequency Identification, RFID) 是一种非接触的无线射频自动识别技术[1]。其能够在恶劣环境下工作, 读取的距离比较远, 可以同时处理多个标签, 而且其信息可以重复修改使用[2]。在实际工程和生产现场, 往往需要实时监测如温度、湿度等的环境参数, 而传统的监测方式不利于检测数据的实时处理和上传[3]。本文提出一种应用完全集成混合片上系统型单片机C8051F020和无线传输收发芯片n RF2401作为核心的无线射频温湿度测量系统的设计方案, 系统含有温度、湿度传感器, 可以实时智能感知标签所处环境的温度和湿度信息, 通过读写器对标签内数据的采集, 也可以通过RS232与上位机进行串口通信, 从而实现对环境参数进行细致地、实时地管理。
1 系统硬件设计
系统硬件结构如图1所示。系统采用C8051F020作为微控制器, 主要包括无线射频模块、温湿度检测模块、RS232串口通信电路、实时时钟电路、电源电路等。系统可以将温湿度传感器采集的数据定时写入RFID标签内, 当RFID标签进入远距离阅读器信号覆盖范围时, 将RFID芯片内的温度数据上传给远距离阅读器, 交由后端系统处理。系统也可以通过RS232和计算机进行串口通信, 方便上位机对检测参数的实时处理。
微处理器是测量系统的核心, 其性能的好坏直接决定环境温湿度测量的准确性, 稳定性和可靠性。根据该系统设计对精度和实时性的要求, 故选用Silicon Laboratories公司的C8051F020单片机。其主要特性是64k B的片内Flash和4k+256字节的片内RAM, 64个数字I/O接口, 12位分辨率的A/D转换器, 5个通用的16位计数器/定时器, 两个全双工的UART接口[4]。
n RF2401是单片射频收发芯片, 低电压、低功耗, 工作于2.4GHz全球开放ISM频段, 125个频道, 满足多点通信和跳频通信需要, 工作速率0~1Mb/s, 最大发射功率0d Bm, 外围元件极少, 内置硬件CRC (循环冗余校验) 和点对多点通信地址控制, 集成了频率合成器、晶体振荡器和调制解调器, 输出功率、传输速率和频道选择可通过三线串行接口编程配置[5]。
1.1 无线射频电路
n RF2401接口电路如图2所示。n RF2401的外围电路非常简单, 只需少量的外围元件。其第11、12引脚外接16MHz的晶振为其提供所需的工作时钟, 使用外置SMA天线, 无线传输距离在100m左右, 满足实际要求。n RF2401的DR2、CLK2、DOUT2、CS、DRl、CLKl、DATA、PWR_UP引脚和单片机C8051F020的P1口、P2.0引脚相连。其中, n RF2401通过DATA、CLKl、CS引脚和C8051F020单片机进行通信, 由PWR_UP、CE和CS这3个引脚配置四种工作方式。
1.2 温湿度检测电路
温湿度传感器采用瑞士Sensirion公司的SHT21S, SHT21S温湿度传感器将敏感元件、标定存储器和数字接口集成在3mmx3mm的衬底上, 传感器还提供电子的识别跟踪信息。除敏感元件部分, 传感器外表采用包覆成型, 可以减少传感器受外界因素如老化, 震动, 挥发性化学气体的影响, 保证其具有良好的稳定性。数据由SDA线输出。温度和湿度的测量可通过拉高或拉低SCL来切换, 当SCL为高电平时进行湿度的测量, SCL为低电平时进行温度的测量。SHT21S全量程标定, 两线数字接口, 可与单片机直接相连, 外围电路极其简单。传感器电路如图3所示。
1.3 实时时钟电路
实时时钟电路如图4所示。时钟芯片采用PCF8563, PCF8563是一款性价比极高的时钟芯片, 其接口遵守400k Hz的IIC协议, 工作电流低、工作电压范围大, 它提供一个可编程时钟输出, 具有掉电检测和片内电源复位功能。时钟电路和单片机之间接口非常简单, 通过IIC接口直接相连即可。
2 系统软件设计
系统软件使用C代码编程, 采用模块化结构。软件编程的基本思路是:首先完成控制单元的初始化、各种参数配置、n RF2401控制端口初始化及各外围模块配置和初始化等;然后开启接收机, 运行任务程序, 以实现接收或发送数据。另外主程序模块中包括对环境温湿度参数的实时
系统平时处于休眠方式, 收到测量命令后唤醒其内部的微处理器, 启动传感器进行测量。下面主要介绍n RF2401操作流程。n RF2401功能强大且适用简便, 只需利用SPI接口的3条信号线:DATA、CLK1、CS便可对其进行配置。通过适用PWR_UP、CE、CS三个引脚可配置四种不同工作模式:收发模式、配置模式、空闲模式、关断模式。对n RF2401的操作主要是配置其工作方式和读写数据, 所有配置命令字和数据都是通过CLK和DATA两个引脚完成的。数据无线发射流程如图5所示。
3 结束语
本文应用单片机C8051F020和温湿度传感器SHT21S设计了一种无线温湿度测量系统, 电路设计结构简单、工作稳定可靠、体积小、功耗低。与一般的温湿度测量系统相比, 本设计能够定时智能感知外界的温度、湿度信息并进行无线传输, 方便各种环境中的温湿度的数据采集, 具有良好的应用前景。
参考文献
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相对湿度测量仪设计 篇9
关键词：CCD测量,汽轮机,激光散射,蒸汽湿度,水滴直径
0 引言
蒸汽湿度的存在不但会降低汽轮机组的运行效率,而且会引起严重的叶片水蚀,给汽轮机组的经济性和安全性都带来很大的危害[1]。因此,水滴颗粒直径和浓度等参数的测量是湿蒸汽问题及电站机组运行控制中亟待解决的课题。近几十年,蒸汽湿度测量技术的研究逐渐受到重视,自20世纪70年代,蒸汽湿度测量技术的研究才取得了较大的进展,主要的测量技术方法有:热力学法、光学法、示踪与导电法、分离法、临界速度法及利用板孔测量等[2,3,4,5],但可以用于汽轮机内流动湿蒸汽湿度测量的方法主要是热力学法和光学法[1,2,6,7]。热力学方法主要有节流法、凝结法、蒸汽-空气混合法、加热法等。在热力学法中,以英国中央电业研究实验室(CERL)在Moore的主持下研制出的CERL过热式湿度探针最为著名[2,3,4,5],并应用到汽轮机最末级湿度的测量中。在此基础上,西安交通大学和东北电力学院等做了不少的改进工作和研究,取得了一定的成绩[7,8,9]。光学测量法是建立在光的散射原理基础上的,主要分为角散射法和全散射法;上世纪70年代后,蒸汽湿度的光学法测量得到了很大的发展,由于它不仅能测量湿度,而且可以测出蒸汽中水滴的尺寸、数目和分布而受到人们格外的重视。现在,在光学方法中主要是应用探针进行测量,前苏联莫斯科动力学院研制了角散射式光学探针,但该探针只能测量水滴直径,而不能测量蒸汽湿度;美国西屋公司和瑞士BBC公司采用单色激光作为光源,研制了全散射式光学探针;英国CERL研制的全散射式光学探针,采用白色可见光为光源,对测量方法作了改进;在我国不少研究人员在湿蒸汽光学测量方面作了很多工作,已经研制出全散射光学湿度探针,所采用的双光束法弥补了CERL光学探针方法的不足,适合进行在线监测,曾在内蒙古丰镇电厂汽轮机上进行了末级湿度的测量。但是也存在着不足,探针的测量头部仍需置于汽流中,对被测汽流仍有一定的干扰作用,并非实现非接触测量,而且对测量设备和环境要求很高,这些在测量过程中就会产生一定的误差;而且探针法只能测出汽轮机级一点或一线上的蒸汽湿度和颗粒直径分布等参数,存在一定的局限性。
鉴于上述光学法测量的优越性和光学探针法测量的不足,提出用CCD(Charge Coupled Devices)[10]作为光强探测器来测量汽轮机末级蒸汽湿度及水滴颗粒直径。根据CCD成像原理,建立了散射光强测量模型,搭建了测量蒸汽湿度的模拟汽轮机低压缸实验平台,并进行了散射光测量实验研究。实验测量结果论证该测量方法的有效性,为CCD测量在汽轮机蒸汽湿度监测中的应用奠定基础。
1 测量原理
1.1 蒸汽湿度的光学测量原理
当平行光束在蒸汽中通过时,蒸汽中的水滴引起光的散射使透过率下降,水和蒸汽对于可见光和近红外光的吸收可以忽略。当水滴之间的距离远大于水滴的直径时,可近似认为只发生单次散射,则总散射应为所有散射粒子的散射光总和[1]。假设入射光强为I0,在θ方向的散射光强为Is(θ),根据Mie散射理论和Lambert-Beer公式可得[7]:
式中:Y为蒸汽相对湿度;ρf、ρq分别为液相和汽相的密度,可按蒸汽压力求得;g称非对称因子,等效于相函数在不同方向上的权平均效果;D是所有水滴的平均直径;E(λ,D)为平均全散射系数,它表示水滴对入射光的全散射特性,与入射光波长λ、水滴直径D和水滴的相对折射率n有关,可用经典的Mie散射理论求得;f(λ,D,θ)表示水滴对入射光的角散射特性,与散射角θ、入射光波长λ、水滴直径D和水滴的相对折射率n有关,也可用Mie散射理论求得。散射角θ可通过测量得到。由式(1)可得:
由式(2)可知,测得散射光强比值Is(θ)/I0后,式(2)中只剩下两个未知参数,即蒸汽湿度Y和水滴直径D。若测得一系列散射角处的散射光强与透射光强比数据,根据Mie散射理论可反演得到蒸汽湿度Y和水滴直径D。
1.2 CCD测量散射光原理
由CCD的工作原理可知,在CCD未达到饱和的情况下,CCD像元灰度值与其入射光强呈线性关系,即像元灰度值越高,像元上的入射光强越大[10]。因此,可以利用CCD作为阵列探测器测量散射光的强度分布。
图1中CCD像面位于镜头的后焦面,某一方向的散射光经过透镜的会聚,在后焦面得到其散射光强分布。假设CCD的光轴与激光束的初始夹角为α,单位像元对应的水平角度为Δθ,落在第j个像元的散射光的散射角θj可近似表示为
式中:j=,1,2，…,N;N为CCD的像元数。
假设Is为CCD单个像元接收的散射角为θ的光强,相应的像元灰度值为G,CCD的响应度记为Rsp,镜头的透过率为t,则光强与灰度关系可以表示为
定义CCD的能量-灰度比例因子为K,表达式为
因此,如果已知CCD的能量-灰度比例因子为K,由CCD像元的灰度值就可求出对应散射光强的大小。
设入射光强度为I0,则散射角θ处散射光强Is与透射光强的比值定义为散射系数γ,可表示为
用CCD测量散射光强度,实际上是将CCD作为面阵功率探测器,测量不同散射角的光强分布,从而得到不同散射角度的散射系数(与散射角θ一一对应),由这些散射比求取蒸汽湿度Y和水滴直径D,再根据蒸汽湿度的计算公式,通过数值求解得到水滴的尺度和粒径分布。蒸汽湿度Y和水滴直径D的求解相当于这样一个数学问题:在二维空间(Y,D)中寻找一个合适的点,使得由此点参数计算得到的理论散射系数与实验测量值最接近。论文采用均匀搜索法和最小二乘逼近法求取变量Y和D。
2 实验测量方法与装置
实验测量装置由模拟低压缸、激光器、CCD相机、计算机和二轴转台构成,如图2所示。激光器和CCD相机分别对称放置在模拟低压缸两边的观察窗口附近,并固定在二轴转台上。激光在模拟低压缸传输过程中,由于水滴的Mie散射作用,导致光束向各个方向散射,其中前向小角度的散射光和透射光经过出射窗口进入CCD视场。相对于入射光,散射光是非常微弱的,如果用CCD直接探测,透射的激光将使CCD饱和,使得微弱的散射光信号淹没在很强的直流项中。为了避免透射的激光进入CCD视场,实验中采取的措施是将CCD的光轴方向向上偏转2°,入射激光光线的方向分别向上偏转2.6°。这样,透射的激光被模拟低压缸的筒壁吸收,CCD视场与激光交会区内的散射光都可以被CCD探测到,从而有利于微弱散射光信号的测量。
根据测量实验研究需求,搭建了湿蒸汽测量实验装置,如图3所示。为了便于湿蒸汽的散射光测量,在模拟低压缸的截面上对称设置了通光窗口。实验时,激光束通过固定在精密转台上的反射镜照射到模拟低压缸入射窗口,在另一端出射窗口用CCD接收湿蒸汽的散射光。
3 实验结果
实验使用的CCD尺寸为1/3英寸,分辨率为656 pixels×493 pixels,镜头焦距为75 mm,视场角为4°。用波长为532 nm的激光照射湿蒸汽,当模拟低压缸的初压和背压达到平衡时,用CCD拍摄散射光分布。图4是散射角为2.6°~6.6°时的散射光分布图,从图像的左端到右端,随着散射角逐渐增大,散射光强逐渐减小。CCD像素灰度与光能量的光强-灰度比例因子K可根据黑体辐射原理标定,即假设CCD接收的光能量等于黑体辐射光的总能量。黑体辐射的能量用高精度的光功率计测量,通过多次实验标定得到CCD的光强-灰度比例因子K=7.120 1×10-7μW/gray。
根据图4的实验数据和CCD的光强-灰度比例因子K,计算得到散射系数γ随散射角θ的变化曲线,并用散射系数数据通过均匀搜索和最小二乘逼近得到蒸汽的湿度Y与水滴的直径D,如图5所示。图中Experiment data为实验测量得到的散射系数随散射角度的变化曲线;Fit data为32个数据点拟合得到的结果,对应的蒸汽湿度Y、水滴直径D和光程上水滴的平均数量N0分别为1.2%、1.5μm、4×1011;图中Fit data1为32个数据中的前16个数据拟合得到的结果,对应的Y、D和N0分别为0.7%、1.6μm、4×1011;图中Fit data2为32个数据中的后16个数据拟合得到的结果,对应的Y、D和N0分别为1.2%、1.4μm、4×1011。从实验和数据拟合结果可以看出,在散射角度3.3°~6.6°范围内,拟合结果与实验数据吻合地较好,而在小散射角范围出现较大的误差,原因是低压缸内的湿蒸汽浓度分布不均匀,中间浓度大、两边浓度低,而且受CCD视场角的限制,小角度散射光是光程路径上所有复散射光的叠加,大角度散射光受出射窗口孔径的限制而被模拟低压缸的筒壁吸收。
4 结论
根据水滴的Mie散射理论,提出了用CCD测量汽轮机末级蒸汽湿度及水滴直径大小。介绍了CCD测量散射光方法,详细地阐述了该测量方法的原理;根据实验要求建立了实验平台,并模拟了汽轮机末级蒸汽湿度及水滴粒径分布,采用该测量方法在实验台上进行测量实验研究。结果表明:运用CCD成像技术可以有效地测量汽轮机中蒸汽湿度和水滴直径,并且CCD具有面阵结构的优势,可以同时实现大角度范围内的散射光测量,实验结果可以反映水蒸汽湿度的变化规律,但是在准确度等方面需要更进一步的提高。
目前由于实验设备和实验手段方面存在不少的问题,导致实验测量精度等方面有待提高,本课题组的下一步主要研究工作是如何更准确地模拟汽轮机末级蒸汽湿度、在汽轮机不同工况下对蒸汽湿度和水滴直径进行测量实验研究、修改理论模型、减小测量中的误差以及改进测量实验平台等,以达到优化该测量方法的目的。
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相对湿度测量仪设计 篇10
在间接平差中我们利用线性随机模型,将观测值通过未知参数的线性方程组间接表示。
(1)
其中,aij为已知的非随机参数;λi为一个观测得的随机变量的理论平均值;xi为未知参数。用矩阵符号写出这一参数模型:
AX=λ (2)
假定这一模型给出我们的观测值集合的适当表示,用随机变量和误差,把参数模型写为随机模型。
AX=E(L)=L-ε (3)
L为随机变量,误差为:
ε=L-E(L) (4)
若A矩阵满秩,则对于X,我们可以确立唯一的期望。对于任何被选定的A-1可以得到一个无偏估值。当重复无限多次,它作为极限平均值给出期望。这同经典表示完全一致。凡这种估值均可叫作绝对无偏估计。那么,绝对无偏估计值是否严格的形成,这就要求我们使用以绝对单位制操作工具进行全部测量。实际上我们不得不接受较适中的办法,承认只有在实际参数系统中分析每一种观测才有意义。所以,相对无偏估值似乎是自然的。
2 相对无偏估值
2.1 提出相对无偏估计的原因
在经典平差中,我们这样处理问题,例如:在已知测站P观测了三个目标A,B和C的方向,那么通常把一个目标的方向(A)当作零方向,而把其他两个目标的平均值取作最后的结果。这种表示法对第一方向(A)就给出零方差,而其他两个方向(BC)包括了来自第一个方向(A)的方差。在这里方差是作为一个绝对无偏估值给出。但是,所有三个方向是完全等价的,把所有三个方向都看作是未知数是更自然的。这里得到一个不为满秩的矩阵A,如果适当极小化,这个矩阵对于所有三个方向给出相同的方差。
2.2 相对无偏估值
定义1:当A不为满秩时,利用A的广义逆来估计参数X,就叫作相对无偏估值。
定义2:对于一个任意的矩阵A,我们定义逆阵A-1:
AA-1A=A (6)
对于一个任意的矩阵A,它的逆阵的完全集:
其中,A-1为A的任何一个逆;M,N均为可以加于A-1的实际空间之任何矩阵。对于任何的M,N可以得到满足式(6)的逆阵。
3 实例
我们提出的方法将用数值模型进一步加以解释,如下观测方程(非相容的):
2x1+1x2=6。
1x1+1x2=4。
0x1+2x2=5。
。
3.1 方法一
为了估计一个无偏的估值,可以用A的任何广义逆阵,取A中上方四个元素所成矩阵的凯莱逆阵再附加两个零简单的得到。
。
满足AA-1A=A,故参数的无偏估值
x1=2,x2=2。
按最小二乘原理,误差ε的方差最小:
3.2 方法二
取A中下方四个元素所成矩阵的凯莱逆阵再附加两个零简单的得到。
。
满足AA-1A=A,故参数的无偏估值
x1=1.5,x2=2.5。
按最小二乘原理,误差ε的方差最小:
3.3 方法三
取A的最小二乘最小范数逆:
A+=AT(AAT)-A(ATA)-AT (8)
。
若比较三个无偏解,现在无法决定哪一种方法更为可取。我们只能说第一个解给出的方差大,最后一个解给出的方差小。
3.4 方法四
无偏估值的全集:
取:
。
。
我们可以选择N的任何有限值,对于无偏观测值的任何集合,X的极限值将是相同的。
4 结语
在测量平差中,当观测量完全等价时,采用相对无偏估计能正确得到其最或然似值。
摘要：通过分析测量平差实际问题,提出相对无偏估计,并利用实例验证,得到结论是测量平差是当观测量完全等价时,采用相对无偏估计更能正确得到其最或然似值。
关键词：测量平差,相对无偏估计,数值模型
参考文献
[1]崔希璋.广义测量平差[M].武汉:武汉大学出版社,2007.
[2]邱卫宁,陶本藻,姚宜斌,等.测量数据处理理论与方法[M].武汉:武汉大学出版社,2006.
[3]王新洲.对21世纪测绘教育的初步思考[J].测绘通报,1999(9):38-39.
[4]张书毕.加强“误差理论与测量平差基础”课程教学的探讨[J].测绘通报,2004(5):56-57.
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