[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于海洋气象监测技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容