本發(fā)明屬于機械領域,尤其是涉及一種新型氣壓計及其高度測量方法。
背景技術:
傳統(tǒng)的測量高度的工具是尺子,不論是鋼卷尺,直尺,伸縮尺等,都需要多人協作,測量范圍有限,并且遇到不平直的物體測量精度降低,不方便懸空測量,超聲波測距誤差太大,受反射多徑的影響嚴重,并且必須提供反射面,無法測量空曠尺寸,或者必須借助反射板,專業(yè)的測距儀器雖然精度高距離遠,但是有價格高應用范圍窄,測量時間長,而且市面基本上沒有使用氣壓計測量高度的設備,更無法使用氣壓計測定任意兩點的的高度差。
技術實現要素:
本發(fā)明要解決的問題是提供一種新型氣壓計及其高度測量方法,尤其適合確定位置,測定任意兩點的的高度差,具有測量精度高,應用范圍廣,測量時間短,使用方便,操作簡單等優(yōu)點。
為解決上述技術問題,本發(fā)明采用的技術方案是:提供一種新型氣壓計,包括顯示屏幕、無線模塊、CPU和氣壓傳感器,其特征在于:所述顯示屏幕、所述無線模塊、所述CPU和氣壓傳感器通過導線電連接。
所述CPU采用stm32系列微處理器。
所述氣壓傳感器采用MEMS壓力傳感器。
一種氣壓計的高度測量方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:
第一步:氣壓傳感器感受到氣壓;
第二步:CPU進行采集實時氣壓;
第三步:CPU進行運算;
第四步:得出實時高度。
所述第三步的運算過程具體為:假使大氣相對于地面處于靜止狀態(tài),則某一點的氣壓值等于該點單位面積上所承受的重量。即公式(1)
H≈8000*(1+t/273)/P (1)
其中,h是氣壓高度差,t是攝氏溫度,P是氣壓
如果研究的氣層高度變化范圍很大,氣柱中上下層溫度、密度變化顯著時,該公式就不適合用了,為了精確的獲得氣壓與高度的對應關系,通常將公式(1)從氣壓最底部到頂部進行積分,得出壓高方程,然后在對方程進行簡化,變?yōu)槿缦鹿?2):
H2-H1=18400*(1+t/273)log(P1/P2) (2)
其中P1,P2分別為高度H2,H1的氣壓值,t是攝氏溫度
從公式可以看出:氣壓隨高度增加按指數規(guī)律遞減,高度越高,氣壓減小得越慢。
在公式(2)中還存在一個不確定的變量t,在實際的應用中,大氣并非是等溫大氣,所以在計算實際大氣的高度時,必須將大氣劃分為很多薄層,求出每層的t,然后分別計算各薄層的厚度,最后把各薄層的厚度求和便是實際大氣的厚度。
大氣壓力與海拔高度間的經驗公式:
其中,Pa為當地平均大氣壓,H為當地海拔高度
對該公式進行推導,得出如下公式:
其中,P0是標準大氣壓,Altitude為以米為單位的海報高度,P為該高度點的氣壓值。
所以當在同一時間或者很短是時間間隔內測得兩個點的不同氣壓值之后,利用公式(3),便可得到兩點間的高度差公式為:
H=44330*(1-(P1/P2)(1.0/5.25))
其中H為高度差,P1和P2為兩點的氣壓值。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:由于采用上述技術方案,便于確定位置,測定任意兩點的的高度差,具有測量精度高,應用范圍廣,測量時間短,使用方便,操作簡單等優(yōu)點。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的正面示意圖
圖中:
1、顯示屏幕 2、CPU 3、無線模塊
4、測量按鈕 5、氣壓傳感器
具體實施方式
如圖1本發(fā)明一種新型氣壓計的正面示意圖所示,本發(fā)明包括顯示屏幕1、無線模塊3、CPU2和氣壓傳感器5,顯示屏幕1,無線模塊3、CPU2和氣壓傳感器5通過導線電連接,CPU2采用stm32系列微處理器,性能高,成本低,功耗低,氣壓傳感器5采用MEMS壓力傳感器,分辨率可達到0.1米,無線模塊3對采集數據進行傳輸。
本實例的工作過程:本設備測量高度差有兩種使用方式:
使用方式1:使用1臺設備進行測量,本方法適用測量樓房高度以及單人可以快速到達的兩點之間的高度差。具體操作步驟如下,開機之后,在測量起始點點擊啟動測量按3之后,攜帶設備來到測量終點,即可觀察到兩點之間的高度差,并且在行進過程中可以實時看到過程中的高度差。
使用方法2:使用2臺設備進行測量,本方法適用跨度較大,不能快速到達的2點之間。具體操作步驟如下,首先需要兩個人分別攜帶1臺設備到達兩個測量目標點,開機,并且點擊啟動測量按3,2臺設備分別采集自己的氣壓值并且將氣壓值通過射頻通道發(fā)給對方,此時,2臺設備收到對方的數據之后,即可根據公式計算出高度差,并且顯示在顯示屏幕1上。
一種氣壓計的高度測量方法,方法包括以下步驟:
第一步:氣壓傳感器5感受到氣壓;
第二步:CPU2進行采集實時氣壓;
第三步:CPU2進行運算;
第四步:得出實時高度。
第三步的運算過程具體為:假使大氣相對于地面處于靜止狀態(tài),則某一點的氣壓值等于該點單位面積上所承受的重量。即公式(1)
H≈8000*(1+t/273)/P (1)
其中,h是氣壓高度差,t是攝氏溫度,P是氣壓
如果研究的氣層高度變化范圍很大,氣柱中上下層溫度、密度變化顯著時,該公式就不適合用了,為了精確的獲得氣壓與高度的對應關系,通常將公式(1)從氣壓最底部到頂部進行積分,得出壓高方程,然后在對方程進行簡化,變?yōu)槿缦鹿?2):
H2-H1=18400*(1+t/273)log(P1/P2) (2)
其中P1,P2分別為高度H2,H1的氣壓值,t是攝氏溫度
從公式可以看出:氣壓隨高度增加按指數規(guī)律遞減,高度越高,氣壓減小得越慢。
在公式(2)中還存在一個不確定的變量t,在實際的應用中,大氣并非是等溫大氣,所以在計算實際大氣的高度時,必須將大氣劃分為很多薄層,求出每層的t,然后分別計算各薄層的厚度,最后把各薄層的厚度求和便是實際大氣的厚度。
大氣壓力與海拔高度間的經驗公式:
其中,Pa為當地平均大氣壓,H為當地海拔高度
對該公式進行推導,得出如下公式:
其中,P0是標準大氣壓,Altitude為以米為單位的海報高度,P為該高度點的氣壓值。
所以當在同一時間或者很短是時間間隔內測得兩個點的不同氣壓值之后,利用公式(3),便可得到兩點間的高度差公式為:
H=44330*(1-(P1/P2)(1.0/5.25))
通過以上方法,即可根據公式計算出高度差,并且顯示在顯示屏幕1上。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:由于采用上述技術方案,便于確定位置,測定任意兩點的的高度差,具有測量精度高,應用范圍廣,測量時間短,使用方便,操作簡單等優(yōu)點。
以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明,但所述內容僅為本發(fā)明的較佳實施例,不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等,均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內。