一种基于嵌入式系统的场信息传感器

摘要

本发明针对传统测量只能获得点信息，而场信息测量需要在场中布置大量传感器测量点的问题，提出一种基于嵌入式系统的场信息传感器。其通过传感器测量场的边界上的点信息，并且实时通过处理器求解场信息的差分方程，从而获得场信息。其大大降低了传感器的使用数量，从而以低廉的成本，高效准确的获取待测场信息。

说明书

技术领域

本发明是一种基于嵌入式系统的场信息传感器，属于测量仪表领域。

背景技术

场信息的测量对于工程项目建设非常重要。一般工程项目的场信息主要包括：温度场，速度场，压力场，浓度场等等。但是传统的测量仪表，主要针对点测量。场内某点的信息无法代表整个场的信息。传统技术可以通过点信息传感器阵列扫描实现高维的场信息测量。但是大量的点信息传感器阵列布置成本较高，系统复杂。或者通过光学测量实现场信息的测量，但是当待测场信息不是光学信号，或者待测场信息位于不透明容器内部，则无法实现。

嵌入式系统具有高效、快速、准确、稳定等优点。基于嵌入式系统的场信息传感器配合少量的点信息传感器，可以在点信息测量的基础上，进一步完成运算，扩展传感器功能，以较低的成本实现点信息传感器难以实现的功能：对场信息的测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于嵌入式系统的场信息传感器。其通过传感器测量场的边界上的离散点信息，并且配合处理器实时求解场信息的差分方程，从而获得待测场的离散点信息。

本发明所采用的技术方案是：一种基于嵌入式系统的场信息传感器，主要由处理器，模数转换器，数据传输器和点信息传感器组成。

场信息通过处理器实时计算描述该场信息的差分方程获得该场中每一个离散点的实时信息。差分方程根据描述场信息的偏微分方程离散化获得。差分方程的系数根据场的物理参数获得。差分方程的离散精度根据场信息的测量精度要求确定。

点信息传感器包括但不仅限于：温度传感器、压力传感器、流速传感器。点信息传感器测量场的边界上离散点的信息。点信息传感器通过模数转换器将模拟信号转为数字信号传给处理器。

处理器将测量边界离散点得到的信息作为边界条件进行差分方程的计算，得到待测场的离散点信息。

数据传输器将场信息的离散点信息输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于嵌入式系统的场信息传感器，其基于处理器和点信息传感器的配合，使用少量的点信息传感器，以低廉的成本，高效准确的获取待测场信息。

附图说明

图1为本发明的原理结构框图。

附图中的标记为：1-处理器，2-模数转换器，3-数据传输器，4-点信息传感器(热电偶)，5-待测场的离散点信息数据，6-上边界，7-下边界，8-二维静态单相固体传热温度场，9-待测场边界的离散点信息数据，10-左边界，11-右边界

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明基于嵌入式系统，通过采集待测场中的边界数据，使用处理器内预先加载的描述场信息的对应差分方程进行求解，得到待测场信息的数据。从而不需要在待测场中安装大量的传感器就可以得到场中各个点的数据。

如图1所示，本发明的基于嵌入式系统的场信息传感器主要由处理器1和点信息传感器4组成。

本实施例为二维静态单相固体传热温度场8的测量，空间为二维四边形，上边界6为热量输入，下边界7为热量输出，左边界10和右边界11为绝热。使用的点信息传感器4为热电偶，场信息传感器包括但不限于二维静态单相固体传热温度场8的测量。

装置中根据空间的尺寸和形状，预先对该空间二维静态单相固体传热温度场8的传热偏微分方程进行离散化，并在处理器写入离散后的差分方程。离散精度根据温度场测量精度设定。

装置中根据二维静态单相固体传热温度场8的热物理参数，比如比热容，导热率，密度，预先设置了其二维静态单相固体传热静态温度场8的传热差分方程的系数。

装置通过热电偶4测量二维静态单相固体传热温度场8的上边界6和下边界7的离散点9的温度数据，并且通过模数转换器2将模拟信号转为数字信号，发送给处理器1。

处理器1将边界离散点9的温度数据作为边界条件输入给二维静态单相固体传热静态温度场8的传热差分方程。

处理器1对二维静态单相固体传热温度场8的传热差分方程进行计算，获得其离散点的温度数据5。并通过数据传输器3，将温度数据5输出。