稱重降水傳感器、自動雪深觀測儀觀測規(guī)范操作及維護

稱重降水傳感器、自動雪深觀測儀

觀測規(guī)范及維護觀測與網(wǎng)絡(luò)處2013年11月7日第一部分：稱重式降水傳感器(二)結(jié)構(gòu)與原理原理：稱重式降水傳感器的測量原理是通過對質(zhì)量變化的快速響應(yīng)測量降水量。稱重原理基于振弦技術(shù)基于電阻應(yīng)變技術(shù)技術(shù)性能：新疆氣象局觀測與網(wǎng)絡(luò)處(二)結(jié)構(gòu)與原理維護：日常維護

值班人員應(yīng)嚴格按照《地面氣象觀測規(guī)范》要求，按時巡視、檢查和維護設(shè)備、場地及電源供電情況等。1．每日檢查內(nèi)筒內(nèi)液面高度和供電情況（避免降水溢出）。2．每日定時進行儀器小清潔，口沿以外的積雪、沙塵等雜物應(yīng)及時清除，如遇有盛水口沿被積雪覆蓋，應(yīng)及時將口沿積雪掃入桶內(nèi)，口沿以外的積雪及時清除。3．每周檢查承水口水平、高度情況。4．每次較大降水過程后及時檢查，防止溢出。5．降水過程中注意分析判斷降水量數(shù)據(jù)的準確性，如有疑問，應(yīng)及時進行現(xiàn)場測試。6．每月檢查防雷接地情況。7．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。8、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。

(三)維護與計量維護：維護要求1．當內(nèi)筒內(nèi)的液體較多或雜物過多時，應(yīng)清空，然后添加相應(yīng)的防凍液和蒸發(fā)抑制油。2．當內(nèi)筒內(nèi)的防凍液和蒸發(fā)抑制油過少時，應(yīng)適量添加。3．維護之前應(yīng)先斷開稱重式傳感器電源，拔下的數(shù)據(jù)線。維護完畢后，再接上電源線和數(shù)據(jù)線。4．每年春季應(yīng)對稱重式降水傳感器進行防雷安全檢查。從使用情況來看，在內(nèi)桶中容易出現(xiàn)沉積的沙土、樹葉、昆蟲等雜物，稱重式降水傳感器一般每年至少清理維護2次，采用虹吸管人工排水方式較為方便。(三)維護與計量計量：

稱重式降水傳感器校準分為現(xiàn)場校準和計量檢定?，F(xiàn)場測試由臺站完成，若測試誤差大于4%時，需檢查調(diào)試，必要時更換。計量檢定由具有氣象計量檢定資質(zhì)的機構(gòu)完成。稱重式降水傳感器平均無故障時間≥5000小時；設(shè)計壽命5年以上。(三)維護與計量

觀測規(guī)范2

結(jié)構(gòu)與原理

3

安裝與調(diào)試

4

觀測記錄

5

前言1

維護與現(xiàn)場校準

6第二部分：雪深自動觀測雪深觀測規(guī)范主要適用于以超聲波測距或激光測距原理的觀測設(shè)備開展的雪深自動觀測業(yè)務(wù)，是對現(xiàn)行《地面氣象觀測規(guī)范》（2003年）的必要補充。編寫依據(jù)《氣象儀器和觀測方法指南》《地面氣象觀測規(guī)范》《自動雪深觀測儀功能需求書(試驗版)》《自動雪深觀測儀試驗考核總結(jié)報告》《京津冀地區(qū)固態(tài)降水試點觀測工作總結(jié)》主要編制單位氣象探測中心河北省氣象局綜合觀測司地面處1、前言1.1目的和適用范圍超聲波（或激光）測距原理的觀測設(shè)備開展的雪深實時自動觀測業(yè)務(wù)圖1雪深傳感器布設(shè)位置參考圖1.2儀器布設(shè)安裝位置應(yīng)符合《地面氣象觀測規(guī)范》中觀測場儀器布局的原則，布設(shè)在觀測場西北角。因受地形影響，可根據(jù)實際情況適當調(diào)整。1.3時制和日界觀測時制為北京時，以20時為日界1.4傳感器要求應(yīng)具有國務(wù)院氣象主管機構(gòu)頒發(fā)的使用許可證（目前華云和無錫）1.5觀測起止時間各地（州、市）氣象局應(yīng)根據(jù)本地區(qū)積雪出現(xiàn)的歷史最早（晚）時間和分布情況，統(tǒng)一要求提前啟用（停用）自動雪深傳感器。2、觀測規(guī)范結(jié)構(gòu)：雪深傳感器主要由測距探頭、處理控制單元和安裝支架等3個部分組成。3、結(jié)構(gòu)與原理測距探頭：目前國內(nèi)氣象部門使用的雪深傳感器所采用的測距原理為超聲波測距或激光測距。⑴超聲波測距，探頭由1個收發(fā)超聲波的探頭和1個用于波速訂正的溫度傳感器組成。⑵激光測距，探頭由1個激光收發(fā)器和1個低溫加熱模塊（-20℃以下啟用）組成。結(jié)構(gòu)與原理超聲波探頭由一個超聲波激發(fā)電路、機械波發(fā)生器和一個超聲波接收電路組成，實現(xiàn)電信號到超聲波能量的轉(zhuǎn)換，同時可以接收超聲波在目標物上的反射回波，并轉(zhuǎn)換成電信號。采用時差法可計算出探頭到目標的距離，由于超聲波受周圍環(huán)境影響較大，所以必須通過溫度補償、數(shù)字濾波等技術(shù)提高測量準確性達毫米級。超聲波探頭安裝須保持水平，測量波束角（α）為22°~30°，距離盲區(qū)約為50cm。結(jié)構(gòu)與原理激光探頭由高穩(wěn)定的激光發(fā)射器、接收器、前置控制器組成，采用相位法測距，用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時間。激光探頭傾斜安裝在支撐桿上，傾斜角（α）10°~30°，距離盲區(qū)約為10cm。結(jié)構(gòu)與原理處理控制單元：處理控制單元負責對測距探頭的激發(fā)控制、計算測量波速發(fā)送和接收的時差（或相位差），并對采樣樣本進行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)運算處理、記錄存儲和傳輸。安裝支架：安裝支架用于固定測距探頭，包括設(shè)備支撐桿、探頭安裝連接件、預(yù)埋件及定位板等。支架高度可調(diào)，能滿足探頭在指定高度范圍內(nèi)進行測量。附件：在雪深傳感器停用期間，須使用防護罩保護測距探頭。防護罩應(yīng)具有防水、防塵、透氣等特點。在雪深傳感器現(xiàn)場校準過程中，須使用經(jīng)計量檢定的校準模塊。校準模塊使用鋁合金材質(zhì)制作，經(jīng)氧化處理，表面平整光滑，不易磨損和變形。模塊分為5cm和20cm高度兩種規(guī)格，各2塊。結(jié)構(gòu)與原理測量要素測量范圍分辨力最大允許誤差輸出供電雪深0～150cm0.1cm±1cmRS-232/CAN總線直流12V表1測量性能要求注：測量范圍=探頭安裝高度-測量盲區(qū)，可擴展。測量性能結(jié)構(gòu)與原理安裝高度與朝向：雪深傳感器的安裝支架應(yīng)牢固安裝在觀測場內(nèi)混凝土基礎(chǔ)上。測距探頭距地面垂直高度一般選擇150±3cm，在北方雪深較深的個別地區(qū)可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整至200±5cm。傳感器測距探頭應(yīng)朝向西方，測量路徑上無任何遮擋。基準面要求：雪深測量的基準面為地面（硬化裸地），基準面的大小應(yīng)以安裝支架向西0.6m的點為中心（位于超聲波測距探頭的正下方），邊長0.9m的正方形，基準面區(qū)域內(nèi)的地面應(yīng)為處理平整的裸地，且與觀測場地面齊平。基座要求：基座表面積為30cm（長）×30cm（寬），埋深應(yīng)超過非永久凍土層且不小于30厘米，高度與地面齊平。傳感器支架應(yīng)牢固安裝在基座上。4、安裝與調(diào)試電源要求：雪深傳感器的工作電源(DC12V)可直接從自動氣象站獲取，也可以單獨配備AC220電源轉(zhuǎn)換裝置。激光探頭需大功率的加熱電源時，應(yīng)選配專用的AC220V電源轉(zhuǎn)換裝置。線路連接：雪深傳感器以及電源轉(zhuǎn)換裝置的電源線應(yīng)連接到規(guī)定的電源處，數(shù)據(jù)線應(yīng)連接到自動氣象站采集器相應(yīng)的端子上。為了防雷、防鼠、防水，方便安裝與維修，電源線和數(shù)據(jù)線應(yīng)穿入帶屏蔽層的線槽內(nèi)，線槽須安置在電纜溝內(nèi)。防雷要求：雪深傳感器基座的接地線就近接入觀測場地網(wǎng)，接地電阻應(yīng)≤4Ω。安裝與調(diào)試調(diào)試方法：用專用串口數(shù)據(jù)線連接計算機和雪深傳感器，使用專用軟件進行調(diào)試（詳見傳感器使用說明書）。激光測距探頭傾角和基準高度測定⑴檢查基準面是否水平。⑵把校準模塊置于激光測量光點位置，操作調(diào)試軟件，測得探頭與校準模塊頂面之間的直線距離。取走校準模塊，操作調(diào)試軟件，測得探頭與基準面之間的直線距離。將校準模塊的高度輸入到調(diào)試軟件中。操作調(diào)試軟件，通知傳感器完成標校并啟動測量。傳感器將自動計算得到探頭的傾角α。⑶根據(jù)傾角α，可得到基準面高度，將測量結(jié)果輸入軟件。

超聲波測距探頭基準高度測定⑴檢查探頭安裝是否水平，測量路徑是否有遮擋。⑵檢查基準面是否水平。⑶人工測量基準面高度，將測量結(jié)果輸入軟件。

安裝高度檢查檢查雪深傳感器測得探頭距地高度與人工測量探頭距地高度之間的差異是否滿足最大允許誤差要求，如果超出，應(yīng)重新檢查儀器和安裝情況。

安裝與調(diào)試1．雪深觀測記錄，以厘米（cm）為單位，四舍五入，取整數(shù)；平均雪深不足0.5cm記0；2．雪深傳感器接入現(xiàn)行自動氣象站時使用數(shù)字量輸出，以正點前5分鐘雪深觀測平均值作為小時正點觀測結(jié)果。觀測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式應(yīng)符合《地面氣象要素數(shù)據(jù)文件格式》的要求。3．出現(xiàn)以下情況時，應(yīng)在備注欄中注明：⑴無積雪時，儀器產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，應(yīng)及時刪除；⑵有積雪時，儀器產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，應(yīng)按缺測處理；⑶測雪面因踩踏造成破壞后至恢復(fù)原狀前，應(yīng)按缺測處理。⑷當雪深觀測場地與觀測場周圍地段積雪覆蓋狀況存在差異時，應(yīng)在備注欄中說明情況。5、觀測記錄維護方法：1．啟用雪深觀測傳感器前，應(yīng)清理基準面上雜物，平整基準面，檢查供電、防雷接地、數(shù)據(jù)線連接等情況，并進行現(xiàn)場校準。2．雪深傳感器啟用期間，保持基準面整潔平整，每日檢查供電、通信情況。3．雪深傳感器啟用期間，每日檢查傳感器的外觀、運行狀態(tài)，注意分析判斷雪深數(shù)據(jù)的準確性，如有疑問，應(yīng)及時進行現(xiàn)場測試。4．積雪期間，每日檢查測雪面，及時清除異物。若測雪面因踩踏等造成破壞時，應(yīng)及時將測雪面盡可能恢復(fù)至與周圍雪面狀況相同。5．每年在雪深傳感器啟用前和停用后，應(yīng)定期檢查傳感器防雷接地情況。6．按照儀器說明書要求，定期檢查超聲波探頭干燥劑，若受潮失效，應(yīng)及時更換；定期檢查激光傳感器探頭的清潔度，應(yīng)保持清潔。7．雪深傳感器停用時，應(yīng)切斷傳感器電源線、和采集器連接的數(shù)據(jù)線，清潔測距探頭，并加防護罩。8．雪深傳感器停用期間，應(yīng)根據(jù)電池使用說明要求，給儀器的蓄電池定期充放電。9．若發(fā)現(xiàn)傳感器測量結(jié)果存疑，或出現(xiàn)部件故障，應(yīng)按現(xiàn)場校準方法，對傳感器進行校準，應(yīng)及時維修或更換。6、維護與現(xiàn)場校準現(xiàn)場校準方法：

1．檢查儀器線路連接，確保儀器的工作狀態(tài)正常。2．調(diào)試，確認超聲波探頭安裝水平、基準面水平、測量路徑無遮擋；獲得激光探頭安裝傾角，確認基準面高度。3．使用校準模塊模擬5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm高度積雪深度，用傳感器分別測量這6種高度，每種高度重復(fù)進行3次測量，測量結(jié)果應(yīng)當在允許誤差范圍內(nèi)。其中：對于激光測距探頭，應(yīng)將校準模塊置于激光探頭的激光測量光點處；對于超聲波傳感器，應(yīng)將校準模塊置于探頭的正下方。4．超聲波傳感器的