摘要：针对开展临近空间科学探测的需求增加,设计了一种基于微型珠状热敏电阻的临近空间探空仪温度传感器。首先用计算流体动力学(CFD)方法对探头进行仿真并计算出太阳辐射误差;然后使用逆向传播(BP)神经网络和遗传算法优化的逆向传播(GA-BP)神经网络训练数据比较预测模型;并搭建模拟临近空间条件的低气压风洞实验平台测试不同参数下的太阳辐射误差,比较测试结果与预测模型输出数据,证实传感器的测量精度。实验表明,本文提出的传感器探头的平均测量误差为0.0073 K,误差均方根为0.0098 K。

摘要：针对探空仪湿度传感器在高空低温、高湿恶劣环境下容易结露,湿度波动大、电路板分布电容对测量结果有影响等问题,研究了具有蛇形加热器的平板夹心电容式湿度传感器及其工艺制备方法,并设计了测量电路。采用微机电系统(MEMS)加工工艺设计了加热式湿度传感器,通过对传感器进行有限元分析,确定了传感器表面加热区域温度分布情况,得出了环境温度、加热功率与加热温度三者之间的函数关系。提出一种基于电容充放电及比较法的湿度测量电路,从而有效地抑制了温度漂移和零点漂移,减小了寄生电容对测量结果的影响。地面实验结果显示:湿度传感器灵敏度约为2.3%RH·pF-1,迟滞约为0.7%F·S,重复性约为1.9%,测量总不确定度约为4%,时间常数约为0.5s。本文研究的湿度传感器及其测量电路具有很好的温度稳定性,能够在低温环境下正常工作。

摘要：针对传统大气边界层探空系统存在的探测性能不足、数据精度不高、作业成本昂贵、威胁航空安全等不足,设计了一种基于全球导航卫星系统(GNSS)的新型大气边界层探空仪。该仪器采用卫星导航测风技术实现对高空风速、风向的反演,采用多传感器融合技术实现对温度、湿度、气压等气象要素测量,同时可以通过外接模组实现对PM_(2.5)等大气污染物的监测。测试结果表明,探空仪在温度、湿度、风速和风向平均偏差分别为0.19℃、0.62%,0.25 m/s、0.62°,均满足高空气象探测的精度要求,可广泛应用于气象探测、城市规划以及环境评价等领域的大气边界层特性研究。

摘要：为了减小探空仪内部的传感器件测量精度受外部大气温度随高度变化的影响,采用有限元分析软件ANSYS对探空仪高空中稳态温度场作了计算研究,并利用其中的参数化设计语言(APDL)实现了不同载荷的加载,获得高空中探空仪温度场的分布和其内部因加载热量后所需的升温时间,并得出了一种利于改善探空仪内部环境温度的可行温控策略。对于实际设计制作探空仪有着指导意义。

摘要：针对高空气象探测用温度传感器存在响应时间长、测温精度差以及辐射误差大等现状,研制了一种封装体积小、响应速度快、抗辐照能力强的温度传感器。采用固相法制备了Mn-Ni-Cu-Fe-O基片状热敏电阻,尺寸分别为0.4 mm×0.4 mm×0.25 mm与0.6 mm×0.6 mm×0.25 mm。在片状热敏电阻敏感元表面依次沉积绝缘膜和铝金属反射薄膜。结果表明,研制的热敏电阻在-80℃~60℃范围内,其阻值范围分别为1000 kΩ~4.2 kΩ与375 kΩ~1.6 kΩ;热耗散系数为1.034 mW/℃,响应时间为0.63 s。利用太阳光模拟器对热敏电阻进行太阳辐射测温误差研究,在100 W/m^(2)的辐照强度下测温误差最小为0.22℃。该热敏电阻有望应用在高空气象探测的探空仪中。

摘要：为解决探空仪和地面接收系统的远距离无线通信问题,设计了一种定向接收天线自动跟踪系统。该系统根据目标探空仪和跟踪系统GPS定位数据,计算出探空仪相对跟踪系统所在地的俯仰角和方位角,利用伺服系统驱动定向接收天线,使定向接收天线的主波束自动对准探空仪所在位置,实现对探空仪的跟踪功能,较大程度地延长了通信距离。详细阐述了对球载探空仪的自动跟踪算法以及硬件实现结构。经过实际测试表明,系统具有跟踪效果良好、通信距离远、稳定性好、性价比高等特点,满足设计要求。

摘要：针对现有探空仪存在功耗大、通信成本高、数据精度低等不足,设计一种基于无线传感器网络(WSN)技术的高空数据采集系统。在电路设计中,系统以STM32芯片为控制核心,选用低功耗传感器模块实现环境数据采集、地理位置监测,通过LoRa技术传输到上位监控层,由上位机管理员对高空气象数据进行在线监测。在软件设计中,对TDMA时隙分配协议进行改进提高数据传输可靠性,并应用动态加权平均融合算法对数据进行融合实验。通过实验验证了系统的连通性、可靠性和可操作性,对提高国内空间气象数据采集业务具有积极作用。

摘要：针对传统探空仪飞行高度难以突破至30~80 km的问题,设计了一种用于探测30~80 km高空大气环境的火箭下投式探空仪,包括一种以热电偶组成阵列的探空温度传感器,可降低高空太阳辐射引起的温度测量误差。首先,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对不同尺寸的热电偶温度探头开展辐射误差数值求解研究。其次,利用CFD方法计算出表面涂覆了不同太阳辐射吸收率材料的热电偶探头的辐射误差,通过各个探头之间的辐射误差比值推算出环境温度。再次,利用支持向量机(support vector machine,SVM)算法对太阳辐射误差数值求解结果进行数据融合处理。最后,搭建低气压风洞、太阳模拟器实验平台,开展实验验证研究。实验结果表明,火箭下投式探空仪搭载的温度传感器的测量误差平均值为0.107℃,误差均方根为0.22℃。

摘要：针对高空环境下温度变化快、外界高频噪声和高斯白噪声影响大、电路板走线对温度传感器基值有影响的3个问题,研究了一种基于谐波分析测量及交流比较的高空温度探测方法。设计了直径为2.5μm,纯度为99.999%,长度为4 cm的铂电阻丝作为温度敏感单元。采用交流比较法温度测量方法能够有效提高信号的信噪比,消除了零点漂移及温度漂移,解决了由于电路板走线引起的温度传感器基值偏大的问题;用谐波分析法对温度数据进行处理,能够滤除A/D产生的量化噪声,减小了高空环境下的高频噪声及高斯白噪声对测量的干扰,依据MATLAB对该法进行仿真实验,获得理想的测量效果。将谐波分析法及交流比较法用于高空探空仪的高空温度探测,设计了高空探空仪,并进行了地面及高空实验,从而验证该方法的有效性与科学性。

摘要：列为国家气象局部门重点科研项目的电码式探空仪自动记录器,已由气象科学研究院大气探测所与太原无线电一厂及云南仪表厂联合研制成功。研制中,先后经过四批样机的改进,并分别在北京、张家口、太原、广州、张掖等气象台站进行了试用考验。1983年5月,这种电码式探空仪自动记录器通过了设计定型鉴定,即将投入小批量生产。