降水天氣現(xiàn)象系統(tǒng)

1、降水天氣現(xiàn)象系統(tǒng)使用說明書一、 前言天氣現(xiàn)象是指發(fā)生在地面和地面以上的大氣或與大氣相關(guān)的物理過程。它包括降水現(xiàn)象、地面凝結(jié)現(xiàn)象、視程障礙現(xiàn)象、雷電現(xiàn)象和其它現(xiàn)象等，這些現(xiàn)象都是在一定的天氣條件下產(chǎn)生的，是各要素變化的綜合結(jié)果，與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)，是氣象地面觀測的基本內(nèi)容之一。目前，除常規(guī)氣象要素（溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、雨量等）實(shí)現(xiàn)了儀器自動觀測外，地面氣象觀測規(guī)范（2003年）規(guī)定的34種天氣現(xiàn)象（分為降水現(xiàn)象、地面凝結(jié)現(xiàn)象、視程障礙現(xiàn)象、雷電現(xiàn)象和其他現(xiàn)象）的觀測還主要以人工觀測為主，存在著主觀性強(qiáng)，觀測頻次低等弊端。實(shí)現(xiàn)天氣現(xiàn)象自動觀測，將改變我國目前地面觀測人工觀測和儀器觀測

2、并行的局面，明顯提高地面觀測質(zhì)量，為預(yù)報(bào)服務(wù)提供更多有價(jià)值的氣象信息和觀測產(chǎn)品，是實(shí)現(xiàn)氣象觀測自動化的重要任務(wù)。根據(jù)天氣現(xiàn)象種類的調(diào)整說明定義的31種天氣現(xiàn)象分別為：降水現(xiàn)象（9種）：雨、陣雨、毛毛雨、雪、陣雪、雨夾雪、陣性雨夾雪、冰雹、冰粒地面凝結(jié)現(xiàn)象（5種）：露、霜、雨凇、霧凇、結(jié)冰視程障礙現(xiàn)象（9種）：霧、輕霧、吹雪、雪暴、煙幕、霾、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵雷電現(xiàn)象（2種）：雷電、極光其他現(xiàn)象（6種）：大風(fēng)、颮、龍卷、塵卷風(fēng)、冰針、積雪本套設(shè)備的觀測類型為降水天氣現(xiàn)象。二、 探測原理降水天氣現(xiàn)象系統(tǒng)通過雨感器結(jié)合能見度、溫度、濕度、氣壓、風(fēng)、沖擊式測雨的數(shù)據(jù)綜合判定降水的類型。 本套設(shè)備的傳感

3、器是由HY-35P和WXT520組成。HY-35P的主體結(jié)構(gòu)是前散式能見度儀，其上加裝了雨感器，構(gòu)成見圖2.1。WXT520是一臺小型氣象自動站，他的探測項(xiàng)目是：溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、降水，需要說明的是其測風(fēng)采用的是二維超聲，測量降水采用的是沖擊傳感器，對冰雹的測量很敏感。安裝WXT520的主要目的是提供氣象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和測量冰雹。降水的測量主要依賴雨感器。下面介紹HY-35P的雨感器的工作原理，其安裝位置見圖2.1 。 圖2.1 HY-35P整體結(jié)構(gòu)圖雨感器的工作原理是通過兩組密集的電梳對其表面物質(zhì)的介電系數(shù)的改變使其內(nèi)部相應(yīng)震蕩電路的頻率發(fā)生改變，測量電路的輸出頻率達(dá)到測量表面含水量

4、，進(jìn)而測量降水。探測表面經(jīng)過細(xì)致的設(shè)計(jì)和加工，內(nèi)含加熱電路，并且表層具有親水特性；定時的加熱可以恢復(fù)探測的靈敏度和電路的復(fù)位，可以靈敏的測量表面吸附水汽的量、降水的測量，降雪到其表面融化后也被測量。下面是雨感器的結(jié)構(gòu)示意圖2.2，為了增加對空間的敏感性其有兩個探測面，交角90，呈現(xiàn)不同方向的兩個“下坡”，有降水時可以自然流過探測表面。圖2.2 雨感器原理圖HY-V35P前向散射式能見度儀由發(fā)射器、接收器、電源控制器和機(jī)架等部分組成。探測原理見圖2.3和2.4.發(fā)射器裝置由紅外線LED、控制和觸發(fā)電路、紅外線強(qiáng)度傳感器（光二極管）和反向散射信號強(qiáng)度傳感器（光二極管）組成。變送器裝置以2kHz的頻

5、率使紅外線LED產(chǎn)生脈沖波。光二極管監(jiān)控發(fā)射光強(qiáng)度，測量的變送器強(qiáng)度用于自動使紅外線LED的強(qiáng)度保持為預(yù)設(shè)值?！癓EDI”反饋電壓由CPU監(jiān)控，以獲取有關(guān)紅外線LED的老化情況和可能的缺陷的信息。反饋回路對紅外線LED的溫度和老化效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。另一方面，主動補(bǔ)償會略微加速紅外線LED老化。因此，初始LED電流設(shè)置為一個值，這可確保裝置運(yùn)行幾年而無需維護(hù)。額外的光二極管測量從鏡頭、其他對象或污染物向后散射的光，此信號也由CPU監(jiān)控。溫度傳感器是固定到橫臂上的Pt100熱敏電阻。使用高精度A/D轉(zhuǎn)換器，每分鐘測量一次溫度。光接收器由PIN光二極管、前置放大器、電壓到頻率轉(zhuǎn)換器、反向散射測量光源LE

6、D以及一些控制和定時電子器件組成。接收PIN光二極管檢測從采樣空氣柱內(nèi)懸浮顆粒散射且被鏡頭聚焦（特定方向的散射光）的光脈沖。信號電壓由與變送器同步的相敏鎖定放大器進(jìn)行過濾和檢測。高達(dá)30kcd/m2的環(huán)境光照水平不會影響光二極管的檢測，也不會使前置放大器飽和。發(fā)射器通過紅外發(fā)光管，產(chǎn)生紅外光通過鏡頭在大氣中形成接近平行的光柱。接收器將采樣區(qū)內(nèi)大氣的特定方向的前向散射光匯集到光電傳感器的接收面上，并將其轉(zhuǎn)換為與大氣能見度成反比關(guān)系的電信號。此信號經(jīng)處理后送至控制器的數(shù)據(jù)采集板經(jīng)CPU取樣和計(jì)算得到采樣區(qū)內(nèi)大氣的特定方向的前向散射光的強(qiáng)度值，由此估算出總的散射量（與儀器的結(jié)構(gòu)決定的采樣角度有關(guān)），

7、從而得到透過量，由此計(jì)算得到大氣能見度的值。圖2.3前向散射式能見度儀探測原理圖圖2.4 光學(xué)測量示意圖三設(shè)備構(gòu)成【含：澆筑水泥地基的要求】實(shí)物的照片如下圖3.1所示。 圖3.1 設(shè)備實(shí)物照片 降水天氣現(xiàn)象系統(tǒng)安裝時有以下幾部分：l 澆筑水泥地基（含預(yù)埋螺栓），中心可以有走線孔，直徑不小于20mm即可。圖紙見本文最后的附件1，需要指出的是對于可能有臺風(fēng)波及的地區(qū)地基的深度由原設(shè)計(jì)的 400mm增加到 600mm。l 立桿l 采集器機(jī)箱l 上部的HY-35P能加度傳感器l 上部的WXT520小型自動氣象站。四 設(shè)備安裝步驟設(shè)備的安裝時應(yīng)按照以下步驟完成：l 按照附件1圖紙的要求建造地基。l 開箱

8、取出立桿，豎起立桿到預(yù)埋螺栓上，緊固地腳螺釘。l 安裝HY-35P能見度傳感器。l 安裝WXT520感器。l 安裝采集器機(jī)箱。l 連接HY-35P到機(jī)箱的電纜。 l 連接WXT520到機(jī)箱的電纜。l 鋪設(shè)與外部連接的電纜，有兩根電纜，一是數(shù)據(jù)的輸出電纜，一是220V供電電纜。l 連接機(jī)箱到外部的信號輸出電纜，為3芯帶屏蔽的信號纜l 連接外部輸入到機(jī)箱的200V 供電電纜。l 連接內(nèi)部插頭，開始測試設(shè)備。五 設(shè)備使用維護(hù)注意事項(xiàng)l WXT520安裝安裝時注意機(jī)體上的方向箭頭指向北的方向，保證輸出風(fēng)向數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。l HY-35P選擇位置為能見度傳感器HY-V35P找到一個合適的位置對于獲得有代表性

9、的環(huán)境測量值很重要。該位置應(yīng)代表一般關(guān)注區(qū)域。對HY-V35P的位置的主要要求如下： HY-V35P所在位置的測量值應(yīng)代表周圍的天氣情況。-HY-V35P的理想位置是距所有大型建筑以及其他產(chǎn)生熱量和擋住降水水滴的建筑物至少100m處。避免樹的陰影，因?yàn)闃淇赡軙?dǎo)致小氣候變化。 所在位置應(yīng)沒有會干擾光學(xué)測量的障礙物和反射面，并且沒有明顯的污染源。- 建議在變送器和接收器裝置的視線中不要有障礙物（請參見圖5.1）。如果變送器光束從障礙物反射回接收器裝置，則傳感器將指示MOR值太小，這是因?yàn)闊o法將反射的信號與實(shí)際散射信號區(qū)分開來?？梢酝ㄟ^旋轉(zhuǎn)傳感器橫臂檢測到反射光。任何反射光都隨橫臂方向變化而變化，

10、并且能見度讀數(shù)也會相應(yīng)變化。圖 5.1 推薦的HY-V35P位置A=傳感器安裝在支臂上。B=傳感器安裝在桅桿頂端。-接收器和變送器的光學(xué)器件不應(yīng)指向強(qiáng)光源。建議在北半球接收器指向北方，而在南半球指向南方。接收器電路在亮光中可能變飽和，此時內(nèi)置診斷會指示警告。明亮的日光也會增大接收器中的噪音水平。-變送器和接收器應(yīng)遠(yuǎn)離明顯的污染源，如過往車輛濺起的水花。鏡頭變臟會導(dǎo)致傳感器報(bào)告的能見度值過高。傳感器將自動檢測過度污染。-在馬路環(huán)境中，接收器應(yīng)遠(yuǎn)離過往車輛。首選方向是沿著馬路。接收器應(yīng)指向最近車道的駕駛方向。 電源和通信線路必須容易獲得。-安裝HY-V35P時，必須考慮電源和通信線路是否容易獲得，

11、因?yàn)檫@會影響所需的工作量和附件數(shù)量，從而影響實(shí)際安裝成本。雖然HY-V35設(shè)計(jì)為能夠經(jīng)受住惡劣的天氣情況，但有些位置的環(huán)境對安裝提出了更多要求。對于極度寒冷的情況，可使用護(hù)罩式加熱器防止冰雪堆積。l 設(shè)備接地接地和防雷保護(hù)將設(shè)備接地可防止HY-V35P的電子模塊和其他物體受到雷擊，并且可防止無線電頻率干擾。通過氣象站接地電纜將HY-V35P設(shè)備接地。接地原則如下：-將接地桿安裝在盡量靠近桅桿的位置。也就是說，使接地電纜的長度最小。接地電纜也可以鑄入混凝土底座中。-接地桿的長度取決于當(dāng)?shù)氐牡叵滤?。接地桿的下端應(yīng)不斷碰到濕地。可以使用接地電阻測試儀檢查接地質(zhì)量。電阻必須小于10。-使用電源/數(shù)據(jù)

12、電纜外殼將HY-V35P的電子器件外殼接地。l 設(shè)備安裝方式使用傳感器支臂安裝HY-V35P時，請按如下所示進(jìn)行操作：圖 5.2 將HY-V35P安裝到支臂上圖 5.3 使用法蘭配件將子配件安裝到桅桿上l 清潔鏡頭和護(hù)罩為獲取可靠的結(jié)果，HY-V35P變送器和接收器裝置的鏡頭應(yīng)相對保持干凈，因?yàn)榕K鏡頭可提供比實(shí)際能見度更好的能見度值。應(yīng)每隔六個月或更短的時間執(zhí)行一次清潔，具體取決于不同的條件（例如，如果附近有公路）。完整的清潔過程如下所示：1.用異丙醇潤濕無絨軟布，然后擦拭鏡頭。注意不要刮傷鏡頭表面。鏡頭應(yīng)保持干燥，以指示鏡頭加熱功能正常。2.確保護(hù)罩和鏡頭沒有冷凝水、積雪或積冰。3.擦去護(hù)罩

13、內(nèi)表面和外表面的灰塵。4.正確清潔光學(xué)表面后，發(fā)出CLEAN命令（需要現(xiàn)場維護(hù)，或通過中心站發(fā)送此命令）。l 校準(zhǔn)HY-V35P已在出廠時進(jìn)行了校準(zhǔn)。通常，只要電路板沒有更換或警告和警報(bào)中沒有相關(guān)要求，就不需要重新對HY-V35P執(zhí)行校準(zhǔn)。不需要對電路板進(jìn)行硬件校準(zhǔn)。建議每年執(zhí)行一次定期檢查。用戶可以使用PWA11校準(zhǔn)套件檢查能見度校準(zhǔn)。如果檢查結(jié)果顯示變化小于5%，建議不要進(jìn)行重新校準(zhǔn)，因?yàn)樽兓瘜儆谛?zhǔn)過程的可重復(fù)性范圍內(nèi)。如果任何機(jī)械損壞改變或削弱了光學(xué)測量路徑（即接收器或變送器，或者支撐接收器或變送器的橫臂），則必須更換HY-V35P。如果更換了接收器裝置或變送器裝置(PWT11)，則需

14、要重新校準(zhǔn)能見度測量和污染測量?？梢允褂肞WA11校準(zhǔn)套件檢查并調(diào)整校準(zhǔn)。該套件包含一個擋板和兩個具有已知散射屬性的不透明玻璃板。該過程中將使用ZERO、CHEC和CAL命令。校準(zhǔn)過程檢查兩點(diǎn)：零散射信號和極高的散射信號。零信號使用擋板獲取，而高信號使用不透明玻璃板獲取。校準(zhǔn)能見度測量時，能見度應(yīng)大于500米。建議不要在大雨或明亮的陽光下執(zhí)行校準(zhǔn)。照射到校準(zhǔn)儀板上的明亮陽光將增加散射測量時的噪音，降低CHEC命令輸出的穩(wěn)定性。但是，可以在小雨天氣下進(jìn)行校準(zhǔn)。執(zhí)行校準(zhǔn)檢查過程之前，請按照“清潔鏡頭和護(hù)罩”一節(jié)中的說明清潔鏡頭。另請檢查不透明玻璃板的狀況并根據(jù)需要進(jìn)行清潔。1.要阻止光路，請將擋板

15、放在接收器護(hù)罩中，然后等待30秒。2.發(fā)出ZERO命令。HY-V35P應(yīng)做出如下響應(yīng)：ZERO SIGNAL: OK3.移動擋板。4.將校準(zhǔn)儀板裝到鏡頭護(hù)罩中。請參見下方圖5.4。圖 5.4 組裝不透明玻璃板5.將不透明玻璃板固定到護(hù)罩上。請注意印在玻璃板上的信號值，因?yàn)橐韵虏襟E中需要使用該值。6.移出光路并等待30秒。7.發(fā)出CHEC命令。8.一分鐘之后讀取顯示的信號。9.該信號值必須接近印在玻璃板上的值。如果差值小于5%，則校準(zhǔn)正確。否則，請繼續(xù)執(zhí)行校準(zhǔn)過程。10.按ESC鍵終止CHEC命令如果需要根據(jù)校準(zhǔn)檢查執(zhí)行校準(zhǔn)，請按照下面的說明操作：1.發(fā)出以下命令：CAL calibrator signal value例如：CAL 485校準(zhǔn)儀信號值印在玻璃板的標(biāo)簽上。通常，該信號接近為500Hz。HY-V35會計(jì)算新的比例因數(shù)并將其保存在非易失性存儲器(EEPROM)中。2.鍵入CHEC以驗(yàn)證是否正在使用新的比例因數(shù)。顯示的信號值應(yīng)等于校準(zhǔn)儀信號值。如果新的比例因數(shù)與出廠校準(zhǔn)的比例因數(shù)的差值超過20%，則會忽略CAL命令。請檢查HY-V35和校準(zhǔn)