[论文解读] Design and fabrication of a data logger for atmospheric pressure, temperature and relative humidity for gas-filled detector development

Sushanta Kumar Sahu, M. Bhuyan+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2015

Particle Detector Development and Performance参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于微控制器的低成本数据记录器，用于在充气探测器实验室中连续监测大气温度、压力和相对湿度。该系统采用Atmega328P微控制器，集成LM35、BMP085和DHT11传感器，通过RS232将数据以用户定义的采样间隔传输至LabView界面，实现对GEM和MWPC探测器的精确增益校准。关键成果是在15天连续记录期间成功检测到气旋Hudhud期间的气压异常变化。

ABSTRACT

A novel instrument has been developed to monitor and record the ambient pa- rameters such as temperature, atmospheric pressure and relative humidity. These parameters are very essential for understanding the characteristics such as gain of gas filled detectors like Gas Electron Multiplier (GEM) and Multi Wire Propor- tional Counter (MWPC). In this article the details of the design, fabrication and operation processes of the device has been presented.

研究动机与目标

• 开发一种低成本、可靠的地表参数数据记录器，以满足充气探测器性能的关键需求。
• 实现对实验装置中温度、压力和相对湿度的长期、高分辨率连续监测。
• 通过跟踪环境变量，支持对GEM和MWPC等微结构气体探测器的精确增益校准。
• 提供可编程、用户友好的系统，具备实时数据可视化与记录功能，适用于实验室使用。

提出的方法

• 该数据记录器使用Atmega328P微控制器连接三种传感器：LM35用于温度测量，BMP085用于压力测量，DHT11用于相对湿度测量。
• 温度通过10位ADC以20ms间隔采样，并对50组样本进行平均以降低噪声。
• 压力和湿度分别通过I2C和单线通信协议读取，确保读数稳定且准确。
• 数据通过RS232传输至运行LabView软件的PC，实现实时显示、存储与可视化。
• LabView对接收的数据字符串进行处理，分离各参数，并在多个标签页中以数值、图形和仪表盘格式显示。
• 系统支持用户自定义采样间隔，并将数据以电子表格格式存储，便于后续处理与增益修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种低成本、可靠的地表参数数据记录器，用于监测充气探测器实验室中的温度、压力和相对湿度？
• RQ2 环境大气参数的变化对GEM和MWPC等充气探测器增益有何影响？
• RQ3 基于微控制器和市售传感器的系统能否达到高能物理探测器校准所需的足够精度？
• RQ4 此类系统在通过大气压力变化检测并记录极端天气事件（如气旋）方面效果如何？
• RQ5 实时数据记录在多大程度上可提升探测器增益测量的准确性？

主要发现

• 该数据记录器在0–150°C范围内实现了0.01°C的温度分辨率和0.25°C的测量精度。
• 相对湿度测量分辨率为1%，精度为4%，年稳定性为±1% RH，滞后误差为1%。
• 大气压力测量范围为300–1100 hPa，超高分辨率模式下噪声低至0.03 hPa。
• 在15天连续测量中，系统成功捕捉到与气旋Hudhud相关的显著气压下降，证实其对极端天气的敏感性。
• 系统实现了对所有三个参数的实时可视化与记录，支持自定义采样间隔，并可将数据导出为电子表格文件。
• LabView界面提供了直观的多标签可视化功能（包括仪表盘、数值显示和图表），显著提升了系统的易用性与探测器表征的数据分析效率。