强制通风温度传感器辐射误差修正与软件设计

论文摘要

气候在不断改变的同时,对大气环境探测精度的要求也日趋提高,例如温度传感器观测的温度误差值要求低于0.1℃量级。在进行大气温度观测时,气象站普遍使用的温度传感器会受到太阳辐射的影响,使得采集到的气温比实际气温高,辐射误差接近0.9℃甚至更高。为提高温度传感器的测量精度,有必要设计高效的温度传感器防辐射罩来降低辐射误差。本文设计了一款双层强制通风温度传感器防辐射罩,运用计算流体动力学(CFD)的数值模拟法对基于该新型防辐射罩的温度传感器仿真分析,探究了在不同的太阳辐射强度、下垫面反射率、气流速度环境因素下温度传感器辐射误差变化。仿真结果表明:太阳辐射误差与太阳辐射强度、下垫面反射率呈单调递增关系,与气流速度呈单调递减关系。采用BP神经网络拟合CFD仿真值,求得辐射误差方程,从而可得到任意气流速度、下垫面反射率、太阳辐射强度等环境因素下强制通风温度传感器的辐射误差值。结果表明,CFD仿真值以及在BP神经网络中拟合的预测值的绝对误差小于0.0025℃,温度传感器的测量精度得到了大幅度的提升。为了便于查询历史温度数据,本文采用Bootstrap和AngularJS作为前端开发框架,Spring MVC作为后台开发框架,设计出一款基于B/S架构的历史温度查询与修正软件,该软件可实现气象站台信息管理、历史温度数据管理、实时气象数据查询等功能,同时用户也可以查询在不同环境因素下的辐射误差,进而完成温度测量值的修正。本文在历史温度数据管理模块实现了气象传感器数据的有偿使用,通过收费实现软件的盈利,进而有一定的资金去研究更多型号的传感器,获得更多的气象数据并存放在软件中供用户使用,形成正向效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究的背景与意义
•   1.2 地面温度传感器测量精度
•     1.2.1 基于百叶箱的温度传感器测量精度
•     1.2.2 基于自然通风防辐射罩的温度传感器测量精度
•     1.2.3 基于强制通风防辐射罩的温度传感器测量精度
•   1.3 本文主要研究内容
• 第二章 计算流体动力学基本原理
•   2.1 CFD的本质
•   2.2 CFD的求解过程
•   2.3 CFD的数值模拟方法分类
•     2.3.1 有限差分法
•     2.3.2 有限元法
•     2.3.3 有限体积法
•   2.4 CFD的控制方程
•     2.4.1 质量守恒方程
•     2.4.2 动量守恒方程
•     2.4.3 能量守恒方程
•     2.4.4 本构方程
•     2.4.5 状态方程
•   2.5 流体的基本特性
•     2.5.1 理想流体与黏性流体
•     2.5.2 流体热传导与扩散
•     2.5.3 可压缩流体与不可压缩流体
•     2.5.4 定常流与非定常流
•     2.5.5 层流与湍流
•   2.6 CFD软件Fluent介绍
•     2.6.1 软件构成
•     2.6.2 Fluent软件的常用算法
•     2.6.3 Fluent中数学模型
•   2.7 本章小结
• 第三章 强制通风温度传感器的计算流体力学分析
•   3.1 强制通风温度传感器防辐射罩设计
•   3.2 Pro/E建立几何模型
•     3.2.1 三维建模软件Pro/E简介
•     3.2.2 建模流程
•   3.3 使用ICEM CFD进行网格划分
•     3.3.1 ICEM CFD软件介绍
•     3.3.2 强制通风温度传感器防辐射罩的非结构化网格划分
•   3.4 Fluent参数设置
•   3.5 仿真结果分析
•     3.5.1 下垫面反射率、气流速度与辐射误差关系
•     3.5.2 太阳辐射强度、气流速度与辐射误差关系
•   3.6 本章小结
• 第四章 基于BP神经网络的辐射误差修正算法
•   4.1 神经网络算法简介
•   4.2 基于BP神经网络拟合辐射误差修正方程
•     4.2.1 基于两个自变量的辐射误差修正方程
•     4.2.2 基于多个自变量的辐射误差修正方程
•   4.3 本章小结
• 第五章 基于Web的数据查询修正系统需求分析与设计
•   5.1 软件系统需求分析
•   5.2 软件开发技术需求分析与选型
•     5.2.1 软件开发语言选型
•     5.2.2 软件开发工具分析与选型
•     5.2.3 服务器框架类库的分析与选型
•   5.3 软件数据库系统需求分析与设计
•     5.3.1 数据库设计原则
•     5.3.2 MySQL数据库
•     5.3.3 数据库详细设计
•   5.4 本章小结
• 第六章 基于Web的温度数据查询与误差修正系统实现
•   6.1 主窗体界面介绍
•   6.2 用户登陆以及注册模块
•   6.3 用户信息管理模块
•   6.4 气象站台管理模块
•   6.5 辐射误差修正模块
•   6.6 数据管理模块
•   6.7 本章小结
• 第七章 总结与展望
•   7.1 论文总结
•   7.2 创新点
•   7.3 研究与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 史雪雪

导师: 刘清惓,徐波

关键词: 大气温度,强制通风温度传感器,太阳辐射误差,神经网络,网站

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 气象学,计算机软件及计算机应用,自动化技术

单位: 南京信息工程大学

分类号: P414.5;TP212.11;TP311.52

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000267

总页数: 78

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