eng
Выпуск #9/2018
Головинов Евгений Эдуардович, Аминев Дмитрий Андреевич, Кулаков Виктор Александрович, Бакиров Шамиль Михайлович, Григорьев Павел Валерьевич
Анализ системных решений портативных метеостанций
Анализ системных решений портативных метеостанций
Просмотры: 3652
Проводится аналитический обзор зарубежных и отечественных патентов по погодным метеостанциям. В хронологическом порядке представлено краткое описание изобретений за последнюю четверть века. Описана технология современных метеоизмерений. Рассмотрены основные типы используемых датчиков. Выявлены тенденции усложнения и развития метеокомплексов по ряду ключевых особенностей.
УДК 681.3
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.144.149
УДК 681.3
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.144.149
Теги: invention measurement patent review weather weather station измерение изобретение метеостанция обзор патент погода
ВВЕДЕНИЕ
Метеорологическая станция представляет собой учреждение для производства метеорологических наблюдений в месте, выбранном с удовлетворением определенных требований в отношении рельефа местности, близости зданий и населенных пунктов. Метеостанция включает метеорологическую площадку, где расположены основные приборы для метеорологических наблюдений. Метеостанция оборудуется стандартной для данной сети аппаратурой, с помощью которой производятся наблюдения в установленные сроки в определенной последовательности [1]. Портативные метеостанции активно применяются для реализации функций мониторинга климатических условий в автономном режиме [2–4]. На изобретения по портативным метеостанциям получен ряд отечественных (RU), зарубежных (EP, US) и международных (WO) патентов.
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПОРТАТИВНЫХ МЕТЕОСТАНЦИЙ
Обобщенная модель метеостанции предполагает, что она измеряет направление и скорость ветра, температуру на поверхности земли, атмосферное давление, относительную влажность воздуха, влажность почвы, видимость, осадки, тип осадков, преобладающую погоду, высоту облаков, шум, вибрации, радиоактивность воздуха, солнечную радиацию, загрязнение воздуха и погодные условия на поверхности и т. п.
Согласно изобретению, представленному в [5], предлагаемая метеостанция размещена в непосредственной близости от базовой станции цифровой мобильной телефонной сети, использующей ее электропитание и мачтовые структуры, а данные о погоде передаются пользователю через цифровую телефонную сеть.
В устройстве [6] измерения высоты над уровнем моря высота рассчитывается компьютером на основе достаточного количества метеорологических проб от датчиков температуры, давления и влажности. Данные выводятся на экран, принтер или записываются в устройство хранения.
Беспроводная метеорологическая станция [7] в течение длительного времени измеряет в месте сбора данных влияющие на погоду параметры. Данные о погоде могут передаваться на удаленный терминал в отложенном режиме, что требует существенно меньшей суммарной мощности, нежели при передаче в режиме реального времени, который также поддерживается. Блок датчиков расположен в месте сбора данных и питается от солнечной батареи. Микропроцессорный блок управляет преобразователями данных с необходимыми частотой дискретизации и интервалами передачи, создает единый пакет [8], причем каждый из интервалов имеет заранее определенную длину, зависящую от мощности, потребляемой блоком датчиков, и текущего уровня заряда батареи. Таким образом, передача данных на удаленную принимающую станцию происходит в режиме реального времени, но фактически осуществляется с задержкой на время интервала передачи данных. Изобретение отличается низким энергопотреблением и возможностью передавать данные на удаленный терминал.
Переносная комплексная экологическая метеостанция [9] автоматического контроля физико-химического, радиационного состояния атмосферного воздуха содержит термостатированный корпус с размещенной внутри него измерительной, микропроцессорной и передающей аппаратурой и метеодатчики. Введен осадкомер, выполненный в виде оттарированного сосуда с конической контактирующей с атмосферой горловиной и сливной пробкой. Горловина снабжена электронагревателем с датчиком температуры [10]. В сосуд встроен датчик перепада давлений с температурной компенсацией.
Аппаратура метеостанции [11] содержит базовую станцию, микроконтроллер (МК) которой обрабатывает и передает на радиочастотный передатчик метеорологическую информацию от датчиков, и выносной индикатор, имеющий радиочастотный приемник данных от передатчика, схему управления для последующей обработки беспроводного сигнала и световой индикатор. Индикатор изменяет цвет свечения в зависимости от полученной информации о погоде.
Экологический информационный пост [12] автоматического контроля физико-химического, радиационного состояния атмосферного воздуха предназначен для использования в районах нефтегазовых месторождений, металлургических, химических, атомных производств. Метеопост содержит герметичный корпус с размещенными в нем блоками электронной аппаратуры, имеющими кабельную связь с метеодатчиками, установленными вне корпуса. На корпусе с выпуклой крышкой закреплен герметичный пустотелый кронштейн с фланцем на торце. Внутри корпуса установлены электроподогреватель и съемная рама с закрепленными на ней блоками электронной аппаратуры и электропитания.
В метеорологической станции [13] имеется МК для оценки информации о погоде, получаемой от датчика параметра атмосферы, и ЖК-дисплей. ЖК-дисплей имеет многослойную структуру, включающую переднюю и заднюю стеклянные пластины, ЖК-материал между пластинами в виде рисунка, имеющего несколько частей, самый передний пропускающий поляризатор и трансфлективный поляризатор позади задней стеклянной пластины. За задним поляризатором имеется цветная подложка, которая имеет несколько областей разных цветов и покрывает детали ЖК-рисунка, так что цветовые области выборочно отображаются через части рисунка, тем самым отображая информацию о погоде в цвете.
Метеостанция [14] создает искусственные метеорологические явления, что позволяет предоставлять пользователю информацию о погоде. Станция включает модуль метеоинформации, который получает информацию о погоде, и модуль моделирования метеорологических явлений, который с помощью физических объектов генерирует естественные погодные явления, характерные для дождливой, снежной, ветреной, солнечной, облачной и туманной погоды. Несколько таких метеостанций можно размещать рядом друг с другом, для того чтобы дать наглядное представление о прогнозе погоды на несколько дней в одной местности.
Портативная метеорологическая станция [15] со встроенными датчиками климатических параметров для расчета и прогнозирования местных погодных условий содержит корпус с замком, в котором установлен печатный узел с процессором и модулем памяти, клавишами ввода и дисплеем. Данные от погодного датчика множества внешних условий в текущем местоположении записываются в модуль памяти и могут отображаться на дисплее. Станция способна прогнозировать погоду для данного местоположения и учитывает местные изменения в погодных условиях.
Станция [16] имеет по меньшей мере один конструктивный элемент, который установлен с помощью подшипников на корпусе или стойке и может вращаться относительно вертикальной оси, что позволяет элементу ориентироваться по направлению ветра. Также станция содержит оптоэлектронное измерительное устройство, которое генерирует электрический сигнал, соответствующий величине угла, на который отклоняется конструктивный элемент. Этот измеритель с по меньшей мере двумя световодами, каждый из которых имеет собственный светоизлучающий элемент и общий фотоприемник, образует совокупность световодов. Каждый световод используется для сканирования группы меток, которые расположены вокруг оси по меньшей мере одного экрана таким образом, что совокупность сканируемых меток образует код, который содержит информацию о величине угла, на который отклоняется элемент, ориентирующийся по направлению ветра. Светоизлучающие элементы определяют угловое положение элемента конструктивного элемента.
Сеть экологического мониторинга [17] состоит из нескольких автономных постов с датчиками контроля окружающей среды, видеокамерами, тепловизорами. Энергообеспечение постов осуществляется ветровыми и солнечными батареями. Ветроэнергетические установки смонтированы ярусами и вращаются под напором ветра навстречу друг другу. Обороты вращения ветроэнергетических установок суммируются через сумматор-вариатор и передаются на генератор. В металлическом шкафу, закрепленном высоко на башне, размещены аккумуляторный отсек и электронные блоки передачи данных. Посты установлены по принципу ячейки, на одинаковом расстоянии друг от друга. Причем в каждой ячейке содержится девять базовых станций, соединенных между собой локально и имеющих одну головную башню. Вся информация, собранная с постов, накапливается в головной башне, а затем передается через сотовую связь или по выделенному каналу региональным службам для анализа обстановки и принятия решений.
Комплекс [18] для измерения параметров окружающей среды и состояния льда включает установленные в едином термостатируемом корпусе: подключенные к приемопередающему устройству блоки управления, определения координат по системе спутниковой навигации, определения состояния атмосферы и толщины ледового покрова; блок электропитания. Предусмотрена передача телеметрии состояния бортовых систем комплекса.
Модуль [19] управления ирригацией корректирует график полива для подключенного контроллера орошения на основе метеорологических данных, предоставляемых местной метеостанции. Модуль может давать к контроллеру орошения дополнительные корректировки, основанные на погодных условиях, графиках полива, при отсутствии аппаратного обеспечения (например, беспроводного передатчика, достаточного объема памяти) и программного обеспечения (например, алгоритмов эвапотранспирации) для хранения и интерпретации метеорологических данных с метеостанции [20].
ТЕХНОЛОГИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
На основании проведенного патентного обзора, проводя обобщения, можно выявить современную технологию метеорологических измерений, которая предусматривает использование программно-аппаратного комплекса для проведения полевых измерений, средств телеметрии для передачи данных на удаленный терминал и алгоритмы обработки полученных данных. Измеряются следующие основные метеопараметры: температура и влажность приземного слоя атмосферы, корнеобитаемого слоя почвы, давление воздуха и солнечная радиация. На рис. 1 представлена схема технологии.
Микроконтроллер (МК) измерительного комплекса принимает и обрабатывает данные от датчиков и навигационного приемника. Телеметрия и данные местонахождения передаются посредством GSM модема через сеть Интернет на сервер или непосредственно терминал (смартфон, ПК, планшет) в режиме реального времени. На рис. 2. представлена типизация используемых в большинстве станций датчиков метеопараметров.
Большинство из этих датчиков реализованы в виде отдельных электронных компонентов с низкой степенью интеграции. Однако в качестве примера датчика, реализованного на кристалле (в интегральном конструктивном исполнении), можно привести сенсор абсолютного давления СЕАЖ-ДА-600К производства СКБ «Сенсорные системы» НОЦ «Нанотехнологические системы и наноэлектроника» кафедры «Проектирование и технология производства ЭА» МГТУ им. Н. Э. Баумана [21–23]. Диапазон измерения данного датчика: 0–600 кПа. Диапазон рабочих температур: −45…+140 °C.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, основной тренд развития метеостанций начиная с середины 90-х гг. совпадает с трендом развития телекоммуникационных и компьютерных технологий, что подтверждается их оснащением модулями взаимодействия с системами ГЛОНАСС/GPS, GSM и сетью Интернет, а также использованием возобновляемых источников энергии [24].
Современная технология метеоизмерений базируется на программно-аппаратном комплексе, который регистрирует данные от датчиков и передает их на удаленный терминал по радиоканалу.
Большинство метеостанций измеряют следующие параметры:
температура и влажность воздуха и почвы;
скорость и направление ветра;
наличие и тип осадков;
атмосферное давление;
уровень радиации.
Наиболее эффективными в части функционала, массогабаритных показателей и энергопотребления представляются реализации, рассмотренные в [15–17, 19].
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке по Соглашению № 2.4176.2017/ПЧ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хромов С. П., Мамонтова Л. И. Метеорологический словарь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974. — 265 с.
2. Аминев Д. А., Головинов Е. Э. Инновационный подход к проведению полевых экспериментов // Качество. Инновации. Образование. — М.: — 2015. № 1. — С. 26–30.
3. Алипатов М. В., Кудринская Т. В., Пестов Д. А., Попов И. Б. Информационно-измерительный комплекс для мониторинга электрического состояния приземного слоя атмосферы.
4. Козырева Л. В., Ситдикова Ю. Р., Ефимов А. Е., Доброхотов А. В. Методика оценки биологического водопотребления посевов для решения задач управления водным режимом.
5. Европейский патент № EP0690639A2, 03.01.1996. Kai Inha, Pauli Nylander. Method for Connecting a Weather Station to a Mobile Phone Network.
6. Американский патент № US5509295A, 23.04.1996. Fred J. Bartoli. Weather station device.
7. Американский патент № US5920827A, 06.07.1999. John S. Baer, Stephen K. Bohrer, Michael A. Vietti. Wireless weather station.
8. Аминев Д. А., Увайсов С. У. Алгоритм распределения пропускной способности систем регистрации сигналов от множества датчиков. // Датчики и системы. — М.: — 2012. — Выпуск 5. — С. 26–29.
9. Патент РФ № 2251128C1, 27.04.2003. Гореликов В. И., Тугаенко В. Ю. Переносная комплексная метеостанция.
10. Аминев Д. А., Манохин А. И., Семененко А. Н., Увайсов С. У. Топологическая тепловая модель пары «электронный компонент-термодатчик» // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. — Астрахань: — 2015. № 1. — С. 108–117.
11. Европейский патент № EP1724612A1, 22.11.2006. Raymond 9th Floor Block C Chan. Weather station apparatus.
12. Патент РФ № 2295741C, 20.03.2007. Гореликов В. И., Тугаенко В. Ю. Автоматический метеопост.
13. Американский патент № US20070030425A1, 08.02.2007. Raymond Chan. Weather station.
14. Американский патент № US20090265108A1, 22.10.2009. Raymond Chan, Kin Wing Ho. Natural weather station.
15. Патент ВОИС № WO2009015370A1, 29.01.2009. Gary A. Fisher. Pocket weather station.
16. Американский патент № USRE42057E1, 25.01.2011. Rolf Wilhelm Haupt, Fritz Schaffel. Weather station.
17. Патент РФ № 2472186C2, 10.01.2013. Стребков Д. С., Доржиев С. С., Базарова Е. Г. Сеть автономных постов мониторинга окружающей среды (апмос).
18. Патент РФ № 2486471C1, 27.04.2005. Гореликов В. И., Тугаенко В. Ю. Переносная комплексная метеостанция.
19. Американский патент № US9301460B2, 05.04.2016. Thomas H. Runge. Irrigation Controller with Weather Station.
20. Нестеров Ю. И., Власов А. И., Першин Б. Н. Виртуальный измерительный комплекс // Датчики и системы. 2000. № 4. — С. 12–22.
21. Власов А. И., Журавлева Л. В., Сергеева Н. А., Цивинская Т. А. Анализ применения средств оценки массового расхода в энергосберегающих системах // Актуальные проблемы энергосбережения и энергоэффективности в технических системах. Тезисы докладов 2-й Международной конференции с элементами научной школы. 2015. — С. 63–65.
22. Сергеева Н. А., Цивинская Т. А., Шахнов В. А. Контрольно-измерительные МЭМС с использованием малогабаритных чувствительных элементов из монокристаллического кремния для аэрокосмической отрасли // Датчики и системы. 2016. № 3 (201). — С. 32–39.
23. Andreev K. A., Vlasov A. I., Shakhnov V. A. Silicon Pressure Transmitters with Overload Protection // Automation and Remote Control. 2016. Т. 77. № 7. — С. 1281–1285.
24. Власов А. И., Новиков П. В., Ривкин А. М. Особенности планирования воздушного движения с использованием синоптических карт, построенных с применением технологий BIG DATA // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2015. № 6 (105). — С. 46–62.
Метеорологическая станция представляет собой учреждение для производства метеорологических наблюдений в месте, выбранном с удовлетворением определенных требований в отношении рельефа местности, близости зданий и населенных пунктов. Метеостанция включает метеорологическую площадку, где расположены основные приборы для метеорологических наблюдений. Метеостанция оборудуется стандартной для данной сети аппаратурой, с помощью которой производятся наблюдения в установленные сроки в определенной последовательности [1]. Портативные метеостанции активно применяются для реализации функций мониторинга климатических условий в автономном режиме [2–4]. На изобретения по портативным метеостанциям получен ряд отечественных (RU), зарубежных (EP, US) и международных (WO) патентов.
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПОРТАТИВНЫХ МЕТЕОСТАНЦИЙ
Обобщенная модель метеостанции предполагает, что она измеряет направление и скорость ветра, температуру на поверхности земли, атмосферное давление, относительную влажность воздуха, влажность почвы, видимость, осадки, тип осадков, преобладающую погоду, высоту облаков, шум, вибрации, радиоактивность воздуха, солнечную радиацию, загрязнение воздуха и погодные условия на поверхности и т. п.
Согласно изобретению, представленному в [5], предлагаемая метеостанция размещена в непосредственной близости от базовой станции цифровой мобильной телефонной сети, использующей ее электропитание и мачтовые структуры, а данные о погоде передаются пользователю через цифровую телефонную сеть.
В устройстве [6] измерения высоты над уровнем моря высота рассчитывается компьютером на основе достаточного количества метеорологических проб от датчиков температуры, давления и влажности. Данные выводятся на экран, принтер или записываются в устройство хранения.
Беспроводная метеорологическая станция [7] в течение длительного времени измеряет в месте сбора данных влияющие на погоду параметры. Данные о погоде могут передаваться на удаленный терминал в отложенном режиме, что требует существенно меньшей суммарной мощности, нежели при передаче в режиме реального времени, который также поддерживается. Блок датчиков расположен в месте сбора данных и питается от солнечной батареи. Микропроцессорный блок управляет преобразователями данных с необходимыми частотой дискретизации и интервалами передачи, создает единый пакет [8], причем каждый из интервалов имеет заранее определенную длину, зависящую от мощности, потребляемой блоком датчиков, и текущего уровня заряда батареи. Таким образом, передача данных на удаленную принимающую станцию происходит в режиме реального времени, но фактически осуществляется с задержкой на время интервала передачи данных. Изобретение отличается низким энергопотреблением и возможностью передавать данные на удаленный терминал.
Переносная комплексная экологическая метеостанция [9] автоматического контроля физико-химического, радиационного состояния атмосферного воздуха содержит термостатированный корпус с размещенной внутри него измерительной, микропроцессорной и передающей аппаратурой и метеодатчики. Введен осадкомер, выполненный в виде оттарированного сосуда с конической контактирующей с атмосферой горловиной и сливной пробкой. Горловина снабжена электронагревателем с датчиком температуры [10]. В сосуд встроен датчик перепада давлений с температурной компенсацией.
Аппаратура метеостанции [11] содержит базовую станцию, микроконтроллер (МК) которой обрабатывает и передает на радиочастотный передатчик метеорологическую информацию от датчиков, и выносной индикатор, имеющий радиочастотный приемник данных от передатчика, схему управления для последующей обработки беспроводного сигнала и световой индикатор. Индикатор изменяет цвет свечения в зависимости от полученной информации о погоде.
Экологический информационный пост [12] автоматического контроля физико-химического, радиационного состояния атмосферного воздуха предназначен для использования в районах нефтегазовых месторождений, металлургических, химических, атомных производств. Метеопост содержит герметичный корпус с размещенными в нем блоками электронной аппаратуры, имеющими кабельную связь с метеодатчиками, установленными вне корпуса. На корпусе с выпуклой крышкой закреплен герметичный пустотелый кронштейн с фланцем на торце. Внутри корпуса установлены электроподогреватель и съемная рама с закрепленными на ней блоками электронной аппаратуры и электропитания.
В метеорологической станции [13] имеется МК для оценки информации о погоде, получаемой от датчика параметра атмосферы, и ЖК-дисплей. ЖК-дисплей имеет многослойную структуру, включающую переднюю и заднюю стеклянные пластины, ЖК-материал между пластинами в виде рисунка, имеющего несколько частей, самый передний пропускающий поляризатор и трансфлективный поляризатор позади задней стеклянной пластины. За задним поляризатором имеется цветная подложка, которая имеет несколько областей разных цветов и покрывает детали ЖК-рисунка, так что цветовые области выборочно отображаются через части рисунка, тем самым отображая информацию о погоде в цвете.
Метеостанция [14] создает искусственные метеорологические явления, что позволяет предоставлять пользователю информацию о погоде. Станция включает модуль метеоинформации, который получает информацию о погоде, и модуль моделирования метеорологических явлений, который с помощью физических объектов генерирует естественные погодные явления, характерные для дождливой, снежной, ветреной, солнечной, облачной и туманной погоды. Несколько таких метеостанций можно размещать рядом друг с другом, для того чтобы дать наглядное представление о прогнозе погоды на несколько дней в одной местности.
Портативная метеорологическая станция [15] со встроенными датчиками климатических параметров для расчета и прогнозирования местных погодных условий содержит корпус с замком, в котором установлен печатный узел с процессором и модулем памяти, клавишами ввода и дисплеем. Данные от погодного датчика множества внешних условий в текущем местоположении записываются в модуль памяти и могут отображаться на дисплее. Станция способна прогнозировать погоду для данного местоположения и учитывает местные изменения в погодных условиях.
Станция [16] имеет по меньшей мере один конструктивный элемент, который установлен с помощью подшипников на корпусе или стойке и может вращаться относительно вертикальной оси, что позволяет элементу ориентироваться по направлению ветра. Также станция содержит оптоэлектронное измерительное устройство, которое генерирует электрический сигнал, соответствующий величине угла, на который отклоняется конструктивный элемент. Этот измеритель с по меньшей мере двумя световодами, каждый из которых имеет собственный светоизлучающий элемент и общий фотоприемник, образует совокупность световодов. Каждый световод используется для сканирования группы меток, которые расположены вокруг оси по меньшей мере одного экрана таким образом, что совокупность сканируемых меток образует код, который содержит информацию о величине угла, на который отклоняется элемент, ориентирующийся по направлению ветра. Светоизлучающие элементы определяют угловое положение элемента конструктивного элемента.
Сеть экологического мониторинга [17] состоит из нескольких автономных постов с датчиками контроля окружающей среды, видеокамерами, тепловизорами. Энергообеспечение постов осуществляется ветровыми и солнечными батареями. Ветроэнергетические установки смонтированы ярусами и вращаются под напором ветра навстречу друг другу. Обороты вращения ветроэнергетических установок суммируются через сумматор-вариатор и передаются на генератор. В металлическом шкафу, закрепленном высоко на башне, размещены аккумуляторный отсек и электронные блоки передачи данных. Посты установлены по принципу ячейки, на одинаковом расстоянии друг от друга. Причем в каждой ячейке содержится девять базовых станций, соединенных между собой локально и имеющих одну головную башню. Вся информация, собранная с постов, накапливается в головной башне, а затем передается через сотовую связь или по выделенному каналу региональным службам для анализа обстановки и принятия решений.
Комплекс [18] для измерения параметров окружающей среды и состояния льда включает установленные в едином термостатируемом корпусе: подключенные к приемопередающему устройству блоки управления, определения координат по системе спутниковой навигации, определения состояния атмосферы и толщины ледового покрова; блок электропитания. Предусмотрена передача телеметрии состояния бортовых систем комплекса.
Модуль [19] управления ирригацией корректирует график полива для подключенного контроллера орошения на основе метеорологических данных, предоставляемых местной метеостанции. Модуль может давать к контроллеру орошения дополнительные корректировки, основанные на погодных условиях, графиках полива, при отсутствии аппаратного обеспечения (например, беспроводного передатчика, достаточного объема памяти) и программного обеспечения (например, алгоритмов эвапотранспирации) для хранения и интерпретации метеорологических данных с метеостанции [20].
ТЕХНОЛОГИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
На основании проведенного патентного обзора, проводя обобщения, можно выявить современную технологию метеорологических измерений, которая предусматривает использование программно-аппаратного комплекса для проведения полевых измерений, средств телеметрии для передачи данных на удаленный терминал и алгоритмы обработки полученных данных. Измеряются следующие основные метеопараметры: температура и влажность приземного слоя атмосферы, корнеобитаемого слоя почвы, давление воздуха и солнечная радиация. На рис. 1 представлена схема технологии.
Микроконтроллер (МК) измерительного комплекса принимает и обрабатывает данные от датчиков и навигационного приемника. Телеметрия и данные местонахождения передаются посредством GSM модема через сеть Интернет на сервер или непосредственно терминал (смартфон, ПК, планшет) в режиме реального времени. На рис. 2. представлена типизация используемых в большинстве станций датчиков метеопараметров.
Большинство из этих датчиков реализованы в виде отдельных электронных компонентов с низкой степенью интеграции. Однако в качестве примера датчика, реализованного на кристалле (в интегральном конструктивном исполнении), можно привести сенсор абсолютного давления СЕАЖ-ДА-600К производства СКБ «Сенсорные системы» НОЦ «Нанотехнологические системы и наноэлектроника» кафедры «Проектирование и технология производства ЭА» МГТУ им. Н. Э. Баумана [21–23]. Диапазон измерения данного датчика: 0–600 кПа. Диапазон рабочих температур: −45…+140 °C.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, основной тренд развития метеостанций начиная с середины 90-х гг. совпадает с трендом развития телекоммуникационных и компьютерных технологий, что подтверждается их оснащением модулями взаимодействия с системами ГЛОНАСС/GPS, GSM и сетью Интернет, а также использованием возобновляемых источников энергии [24].
Современная технология метеоизмерений базируется на программно-аппаратном комплексе, который регистрирует данные от датчиков и передает их на удаленный терминал по радиоканалу.
Большинство метеостанций измеряют следующие параметры:
температура и влажность воздуха и почвы;
скорость и направление ветра;
наличие и тип осадков;
атмосферное давление;
уровень радиации.
Наиболее эффективными в части функционала, массогабаритных показателей и энергопотребления представляются реализации, рассмотренные в [15–17, 19].
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке по Соглашению № 2.4176.2017/ПЧ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хромов С. П., Мамонтова Л. И. Метеорологический словарь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974. — 265 с.
2. Аминев Д. А., Головинов Е. Э. Инновационный подход к проведению полевых экспериментов // Качество. Инновации. Образование. — М.: — 2015. № 1. — С. 26–30.
3. Алипатов М. В., Кудринская Т. В., Пестов Д. А., Попов И. Б. Информационно-измерительный комплекс для мониторинга электрического состояния приземного слоя атмосферы.
4. Козырева Л. В., Ситдикова Ю. Р., Ефимов А. Е., Доброхотов А. В. Методика оценки биологического водопотребления посевов для решения задач управления водным режимом.
5. Европейский патент № EP0690639A2, 03.01.1996. Kai Inha, Pauli Nylander. Method for Connecting a Weather Station to a Mobile Phone Network.
6. Американский патент № US5509295A, 23.04.1996. Fred J. Bartoli. Weather station device.
7. Американский патент № US5920827A, 06.07.1999. John S. Baer, Stephen K. Bohrer, Michael A. Vietti. Wireless weather station.
8. Аминев Д. А., Увайсов С. У. Алгоритм распределения пропускной способности систем регистрации сигналов от множества датчиков. // Датчики и системы. — М.: — 2012. — Выпуск 5. — С. 26–29.
9. Патент РФ № 2251128C1, 27.04.2003. Гореликов В. И., Тугаенко В. Ю. Переносная комплексная метеостанция.
10. Аминев Д. А., Манохин А. И., Семененко А. Н., Увайсов С. У. Топологическая тепловая модель пары «электронный компонент-термодатчик» // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. — Астрахань: — 2015. № 1. — С. 108–117.
11. Европейский патент № EP1724612A1, 22.11.2006. Raymond 9th Floor Block C Chan. Weather station apparatus.
12. Патент РФ № 2295741C, 20.03.2007. Гореликов В. И., Тугаенко В. Ю. Автоматический метеопост.
13. Американский патент № US20070030425A1, 08.02.2007. Raymond Chan. Weather station.
14. Американский патент № US20090265108A1, 22.10.2009. Raymond Chan, Kin Wing Ho. Natural weather station.
15. Патент ВОИС № WO2009015370A1, 29.01.2009. Gary A. Fisher. Pocket weather station.
16. Американский патент № USRE42057E1, 25.01.2011. Rolf Wilhelm Haupt, Fritz Schaffel. Weather station.
17. Патент РФ № 2472186C2, 10.01.2013. Стребков Д. С., Доржиев С. С., Базарова Е. Г. Сеть автономных постов мониторинга окружающей среды (апмос).
18. Патент РФ № 2486471C1, 27.04.2005. Гореликов В. И., Тугаенко В. Ю. Переносная комплексная метеостанция.
19. Американский патент № US9301460B2, 05.04.2016. Thomas H. Runge. Irrigation Controller with Weather Station.
20. Нестеров Ю. И., Власов А. И., Першин Б. Н. Виртуальный измерительный комплекс // Датчики и системы. 2000. № 4. — С. 12–22.
21. Власов А. И., Журавлева Л. В., Сергеева Н. А., Цивинская Т. А. Анализ применения средств оценки массового расхода в энергосберегающих системах // Актуальные проблемы энергосбережения и энергоэффективности в технических системах. Тезисы докладов 2-й Международной конференции с элементами научной школы. 2015. — С. 63–65.
22. Сергеева Н. А., Цивинская Т. А., Шахнов В. А. Контрольно-измерительные МЭМС с использованием малогабаритных чувствительных элементов из монокристаллического кремния для аэрокосмической отрасли // Датчики и системы. 2016. № 3 (201). — С. 32–39.
23. Andreev K. A., Vlasov A. I., Shakhnov V. A. Silicon Pressure Transmitters with Overload Protection // Automation and Remote Control. 2016. Т. 77. № 7. — С. 1281–1285.
24. Власов А. И., Новиков П. В., Ривкин А. М. Особенности планирования воздушного движения с использованием синоптических карт, построенных с применением технологий BIG DATA // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2015. № 6 (105). — С. 46–62.
Отзывы читателей
