dsc3型稱重式降水傳感器

DSC3型稱重式降水傳感器概述目前我國氣象部門對固態(tài)降水，以人工觀測為主，存在時效性差、時空密度不足等諸多弊端，不能全面、連續(xù)反映降雪過程的變化情況。DSC3型稱重式降水傳感器主要有以下特點：精確測量——具有大容量、高穩(wěn)定的電阻應(yīng)變式載荷元件結(jié)合軟件算法，對進入到收集容器中的降水提供準確測量。由于整個收集容器被稱重，因此，任何類型積累在收集容器內(nèi)的降水將被記錄。降水發(fā)生的準確探測——獨有的降水發(fā)生探測器（以下簡稱OPD），通過使用光學(xué)傳感器對降水的發(fā)生進行探測，任何可能由于溫度、或者刮風(fēng)引起的瞬間振動所產(chǎn)生的虛假讀數(shù)將被排除。數(shù)據(jù)輸出——數(shù)據(jù)輸出脈沖仿效一個翻斗式雨量計翻斗的輸出，每次一個脈沖相當于一個0.1mm。脈沖在每分鐘的末尾輸出。低維護——DSC3型稱重式降水傳感器每年入冬前進行一次維護，夏季和秋季多雨季可能會做到兩到三次的維護（根據(jù)不同地區(qū)的降水量維護次數(shù)有所不同），維護工作只要求當收集的降水達到一定的量，就將收集容器內(nèi)的液體排空，然后加入適量的蒸發(fā)抑制油，冬季需另加相應(yīng)的防凍液，其余基本無需維護。防凍液和蒸發(fā)抑制油只在清空時才需添加。電源——DSC3型稱重式降水傳感器需要用戶提供一個12V的直流電源，也可以采用蓄電池與太陽能電池板供電。系統(tǒng)組成DSC3型稱重式降水傳感器是由載荷元件、數(shù)據(jù)處理單元、OPD和外圍組件組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

DSC3型稱重式降水傳感器結(jié)構(gòu)框圖DSC3型稱重式降水傳感器實物圖及各部件名稱如圖2所示：DSC3型稱重式降水傳感器整體外觀圖DSC3型稱重式降水傳感器內(nèi)部實物圖及各部件名稱如圖3所示：DSC3型稱重式降水傳感器內(nèi)部實物圖保護外殼保護外殼主要有兩方面的作用，一方面是通過其承水口，收集降水進入收集容器中，另一方面保護載荷元件、數(shù)據(jù)處理單元等內(nèi)部組件免受雨雪天氣因素的侵擾，保證其在野外環(huán)境下正常工作。外殼的外形設(shè)計呈“凸”字型（如圖8（a）所示），具有上部窄下部寬特點，收集容器與外殼保持著合理的間隙，防止兩者凍結(jié)、接觸影響正常觀測，這樣的設(shè)計結(jié)構(gòu)可起到防風(fēng)、減少蒸發(fā)和增加降水捕獲量的功能。保護外罩采用不銹鋼材料制作，噴涂白色防銹漆。外殼下方有三個缺口槽是與底盤上的固定螺釘相配合（如圖8（b）所示），保證在野外環(huán)境受風(fēng)的影響使外殼不晃動。

保護外殼及固定螺釘

防風(fēng)圈由24片風(fēng)擋單片、3個龍骨與1個防風(fēng)圈支架組成（如圖12所示），是增大降雪捕獲率的重要設(shè)備，其頂端高度略高于傳感器承水口，支架與防風(fēng)圈噴涂防腐蝕、防氧化材料涂層。為保證傳感器盡量少受到干擾因素的影響，防風(fēng)圈需獨立預(yù)埋基礎(chǔ)，與傳感器分開安裝。每個風(fēng)擋單片與風(fēng)擋龍骨用螺絲連接形成防風(fēng)圈，使用防風(fēng)圈支架將防風(fēng)圈支撐、固定起來。防風(fēng)圈1/3處做開口設(shè)計使臺站人員現(xiàn)場維護便捷（如圖13所示）。

防風(fēng)圈整體示意圖性能指標主要技術(shù)指標承水口直徑：200mm

；

容量（包括防凍液、抑制蒸發(fā)油）：400mm；分辨力：0.1mm；準確度：±0.4mm(≤10mm)；±4%(＞10mm)；數(shù)據(jù)輸出：脈沖（通斷信號）、RS232（9600，N，8，1）；工作溫度：－50℃～＋60℃；儲存溫度：－50℃～＋80℃；外型尺寸：φ1050mm×1500mm；電壓：9V～15V；電流：12V供電時≤75mA。環(huán)境適應(yīng)性工作溫度：－50℃～＋60℃；儲存溫度：－50℃～＋80℃；相對濕度：0%～100%；大氣壓力：450hPa～1060hPa；降水強度：≤10mm/min；抗風(fēng)能力：≤75m/s；抗鹽霧腐蝕。主要功能數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)處理單元對載荷元件按每分鐘一次的采樣頻率進行掃描，將獲得的電信號轉(zhuǎn)換成降水量，得到分鐘降水量。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理單元對采樣值進行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，對通過采樣值質(zhì)量檢查的分鐘降水量進行累計，得到累計降水量。數(shù)據(jù)存儲傳感器具有數(shù)據(jù)存儲功能，數(shù)據(jù)存儲使用堆棧式存儲器結(jié)構(gòu)。存儲的數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：分鐘降水量、累計降水量、原始質(zhì)量數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)控信息等。存儲的數(shù)據(jù)量不少于30天，數(shù)據(jù)存儲器應(yīng)具備掉電保存功能。數(shù)據(jù)傳輸傳感器具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，采用脈沖方式輸出時，主動送出通斷信號；采用RS-232（或RS-485）方式輸出時，采用響應(yīng)終端命令的方式。數(shù)據(jù)采集器與傳感器間的信號傳輸距離不小于200m。通過在RS-232口上接入無線或有線傳輸模塊，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸功能。數(shù)據(jù)格式

脈沖信號信號，每0.1mm降水，等效輸出一個脈沖RS2329600，8，n，1RS485三種信號只能選擇一種，而不能同時輸出。RS232命令命令編號命令字參數(shù)個數(shù)功能簡述1DATETIME0/1讀取/設(shè)置傳感器時間2ID0/1設(shè)置傳感器區(qū)站號3RDPR0讀取當前分鐘降水量數(shù)據(jù)4DMPR讀取分鐘降水量和狀態(tài)數(shù)據(jù)5QCPMWP0/5讀取/設(shè)置瞬時值質(zhì)量控制參數(shù)6LS工程調(diào)試DMPR命令標識代碼值描述9“沒有檢查”：該變量沒有經(jīng)過任何質(zhì)量控制檢查。0“正確”：數(shù)據(jù)沒有超過給定界限。1“存疑”：不可信的。2“錯誤”：錯誤數(shù)據(jù)，已超過給定界限。3“不一致”：一個或多個參數(shù)不一致；不同要素的關(guān)系不滿足規(guī)定的標準。4“校驗過的”：原始數(shù)據(jù)標記為存疑、錯誤或不一致，后來利用其它檢查程序確認為正確的。8

“缺失”：缺失數(shù)據(jù)。N沒有傳感器，無數(shù)據(jù)。注：對于瞬時氣象值，若屬采集器或通信原因引起數(shù)據(jù)缺測，在終端命令數(shù)據(jù)輸出時直接給出缺失，相應(yīng)質(zhì)量控制標識為“8”；若有數(shù)據(jù)，質(zhì)量控制判斷為錯誤時，在終端命令數(shù)據(jù)輸出時，其值仍給出，相應(yīng)質(zhì)量控制標識為“2”，但錯誤的數(shù)據(jù)不能參加后續(xù)相關(guān)計算或統(tǒng)計。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標識LS命令安裝與調(diào)試地基將800mm×800mm地基樣板放置在1200mm×1200mm水泥墩的中心處（如圖15所示，注意地基樣板擺放朝向），按照地基施工圖安裝要求施工，如圖16所示，雨量線、電源線、地線從地基中心的PVC管穿出，地線的另一端與地網(wǎng)的地固定。雨量線規(guī)格：2×0.5（帶屏蔽）電源線規(guī)格：2×0.5

地基示意圖

地基施工圖基座與防風(fēng)圈由于DSC3型稱重式降水傳感器靈敏的測量特性，因此它需要一個穩(wěn)固的安裝基礎(chǔ)，從而減少由于氣流擾動和震動及其它環(huán)境所造成的影響。設(shè)備安裝在表面為一個正方形混凝土的基礎(chǔ)、或者其它穩(wěn)固的表面，設(shè)備安裝位置應(yīng)選擇在空曠和有代表性的地點。需要在混凝土提前預(yù)埋螺栓或基礎(chǔ)安裝膨脹螺栓（螺栓為M12，螺栓露出地面60mm），露出地面的螺栓表面清潔，膨脹螺栓必須垂直地面安裝（如圖17所示）。防風(fēng)圈1/3開口處與基座的穿線孔朝北放置。防風(fēng)圈與基座獨立安裝，基座應(yīng)防風(fēng)圈的中心位置，并且基座與防風(fēng)圈無接觸。

基礎(chǔ)實物圖固定傳感器將底盤放在基座的上法蘭盤之上，OPD的發(fā)射端朝北放置，將雨量線、電源線、地線從基座的穿線孔穿出，通過底盤的防水鎖頭（如圖18所示）。

傳感器固定實物圖

水平調(diào)整實物圖數(shù)據(jù)處理單元RS485輸出連接方式

數(shù)據(jù)處理單元的RS485接口，“A”也可以用“+”來代表，“B”用“-”來代表，與終端設(shè)備的RS485相對應(yīng)連接。添加蒸發(fā)抑制油和防凍液

收集容器夏天的時候要放入抑制蒸發(fā)油，冬天的時候要放入抑制蒸發(fā)油和防凍液。蒸發(fā)抑制油放入能夠完全覆蓋桶底薄薄一層即可，防凍液按照當?shù)貧v年極值溫度情況，放入對應(yīng)的量。傳感器啟動

傳感器安裝固定好后，將防風(fēng)圈1/3開口處關(guān)上，用固定螺栓將防風(fēng)圈固定。將傳感器電源線的另一端與用戶提供的電源接口連接，電源線連接好后，給傳感器上電，上電設(shè)備需要初始化5分鐘，初始完畢后，將雨量線另一端與采集器雨量接口連接。傳感器每次上電后，需連接RS232串口查看實時數(shù)據(jù)，發(fā)送DMPR或LS命令查看相關(guān)參數(shù)（溫度、電壓）是否正常。傳感器調(diào)試

調(diào)試有兩種方式：一種是通過脈沖口連接計數(shù)器，另一種是通過RS232端口連接筆記本。A、脈沖口調(diào)試：將從設(shè)備到自動站雨量口的雨量線的一端（如圖24所示），連接一個計數(shù)器（或雨量校準儀），傳感器通電后，傳感器需初始化5分鐘，初始化后，用量杯加入已知的水（每分鐘緩慢、勻速的加入5mm的水，共需加入10mm的水），加入的水必須通過OPD紅外線光束，否則降水量不會輸出。倒入完畢后，等待5分鐘，計數(shù)器顯示的量與量杯倒入水的量偏差在技術(shù)指標內(nèi)，即為設(shè)備運行正常，調(diào)試完畢，將雨量線接到自動站采集器的雨量口。

脈沖方式連線圖RS232口調(diào)試將筆記本的串口與設(shè)備底盤的調(diào)試串口連接（如圖25所示），需要的串口線及接口（如圖26所示），傳感器通電，利用計算機的超級終端或串口調(diào)試助手等軟件，按照設(shè)備的波特率設(shè)置，設(shè)置每分鐘自動發(fā)送DMPR命令一遍（定時發(fā)送：6000ms/次），軟件中就會顯示當前分鐘記錄,初始化后，用量杯加入已知的水（每分鐘緩慢、勻速的加入5mm的水，共需加入10mm的水），加入的水必須通過OPD紅外線光束，否則降水量不會輸出。倒入完畢后，等待5分鐘，查看軟件顯示的分鐘降水量（如圖27所示），軟件顯示的降水量與量杯倒入水的量偏差在技術(shù)指標內(nèi)，即為設(shè)備運行正常，調(diào)試完畢。維護重點注意事項和日常維護重點注意事項在安裝和維護過程中一定要避免載荷元件受到外力沖擊，小心輕放收集容器至載荷元件上，否則可能造成載荷元件測量不準確或故障。載荷元件是整個傳感器的核心部件，需要安裝在一個穩(wěn)定、牢固的平臺上，牢固的平臺對傳感器的觀測起到關(guān)鍵的作用，在安裝和維護過程中需檢查傳感器各個部件是否固定牢固、無晃動，收集容器桶口與OPD無接觸。檢查收集容器在托盤上是否放入在槽內(nèi)，保護外殼的桶口底邊與收集容器桶口無連接處接觸。清空收集容器每年至少進行2次維護，一次是在入夏之前，一次是在入冬之前。在降水量多的地區(qū)、沙塵嚴重的地區(qū)，維護次數(shù)應(yīng)適當增加。觀測員要定期取下保護外殼檢查OPD遮光管上有無蜘蛛網(wǎng)或者其他物質(zhì)懸掛，大的降雪過程后及時清除承水口口沿外的積雪、沙塵等雜物，承水口內(nèi)壁上的積雪掃入收集容器內(nèi)。預(yù)計將有沙塵天氣但無降水，應(yīng)及時將桶口加蓋；沙塵天氣結(jié)束后及時取蓋。清空收集容器清理收集容器前應(yīng)該先將設(shè)備供電斷開，再將自動站采集器的雨量線斷開，以保證數(shù)據(jù)的準確性，不影響業(yè)務(wù)，否則會導(dǎo)致出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)。用虹吸泵將收集容器內(nèi)的液體抽吸到設(shè)備外的容器內(nèi)（如圖29所示）；在無虹吸泵的情況下可用手工取出收集容器的辦法來清空收集容器，取出收集容器一定要小心，避免沖擊傳感器而使其負荷過載；

虹吸泵抽吸液體實物圖清理結(jié)束后，收集容器放穩(wěn)到托盤之上，套上保護外罩后，將其供電重新連通后，等待5分鐘，再將雨量線接回自動站。清空收集容器時，容器內(nèi)的液體含有防凍液和蒸發(fā)抑制油，容器內(nèi)的液體具有腐蝕性物質(zhì)，要將液體倒入安全的地方。清空收集容器后，要清洗收集容器，將容器內(nèi)的物質(zhì)清理干凈后補充防凍液和蒸發(fā)抑制油。每次較大降水過程后及時檢查，防止收集容器溢出，降水過程中，因降水量較大可能超過量程時，應(yīng)在降水間歇期及時排水。凍結(jié)前溫度乙二醇（升）甲醇（升）降水量（mm）≥0℃0.00.0400-5℃0.60.9382-10℃1.11.7334-15℃1.62.2299-20℃1.82.6268-25℃2.13.2248-30℃2.43.5223-35℃2.53.8204補充防凍劑和蒸發(fā)抑制油在清倒完成后，如果是冬季，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐臍鉁貤l件補充防凍液，并添加足夠形成保護薄膜的防蒸發(fā)抑制油。蒸發(fā)抑制油放入能夠完全覆蓋桶底薄薄一層。如果是夏季，不需要添加防凍劑，但是最好也保證桶的底部有少量的水，以保證油膜能均勻覆蓋在桶內(nèi)。防凍液配比表：典型故障排除脈沖口無雨量值輸出筆記本與設(shè)備的調(diào)試串口連接，發(fā)送fr10000命令，脈沖口連接一個計數(shù)器或與自動站采集器雨量口連接，等待3-5秒后，設(shè)備會從脈沖口輸出10個計數(shù)顯示到計數(shù)器或自動站終端軟件上，并且每輸出一個計數(shù)有“啪嗒”的一聲，即為脈沖口能正常工作，如果有“啪嗒”的一聲，計數(shù)器和終端軟件沒有顯示值，要檢查雨量線是否連接正確，如果沒有“啪嗒”的聲音，可能設(shè)備的脈沖口有問題，需要更換數(shù)據(jù)處理單元。查看OPD工作是否正常筆記本與設(shè)備的調(diào)試串口連接，取下保護外罩，用細鐵絲或其他細小物質(zhì)從OPD圈的中心快速晃動（模擬降水），同時發(fā)送命令LS看OPD記錄次數(shù)是否增長（如圖30所示），OPD記錄次數(shù)增長說明OPD能夠啟動降水的發(fā)生；然后停止OPD圈的中心晃動，同時連續(xù)發(fā)送LS命