dsc3型称重式降水传感器

DSC3型称重式降水传感器概述目前我国气象部门对固态降水，以人工观测为主，存在时效性差、时空密度不足等诸多弊端，不能全面、连续反映降雪过程的变化情况。DSC3型称重式降水传感器主要有以下特点：精确测量——具有大容量、高稳定的电阻应变式载荷元件结合软件算法，对进入到收集容器中的降水提供准确测量。由于整个收集容器被称重，因此，任何类型积累在收集容器内的降水将被记录。降水发生的准确探测——独有的降水发生探测器（以下简称OPD），通过使用光学传感器对降水的发生进行探测，任何可能由于温度、或者刮风引起的瞬间振动所产生的虚假读数将被排除。数据输出——数据输出脉冲仿效一个翻斗式雨量计翻斗的输出，每次一个脉冲相当于一个0.1mm。脉冲在每分钟的末尾输出。低维护——DSC3型称重式降水传感器每年入冬前进行一次维护，夏季和秋季多雨季可能会做到两到三次的维护（根据不同地区的降水量维护次数有所不同），维护工作只要求当收集的降水达到一定的量，就将收集容器内的液体排空，然后加入适量的蒸发抑制油，冬季需另加相应的防冻液，其余基本无需维护。防冻液和蒸发抑制油只在清空时才需添加。电源——DSC3型称重式降水传感器需要用户提供一个12V的直流电源，也可以采用蓄电池与太阳能电池板供电。系统组成DSC3型称重式降水传感器是由载荷元件、数据处理单元、OPD和外围组件组成，其结构框图如图1所示：

DSC3型称重式降水传感器结构框图DSC3型称重式降水传感器实物图及各部件名称如图2所示：DSC3型称重式降水传感器整体外观图DSC3型称重式降水传感器内部实物图及各部件名称如图3所示：DSC3型称重式降水传感器内部实物图保护外壳保护外壳主要有两方面的作用，一方面是通过其承水口，收集降水进入收集容器中，另一方面保护载荷元件、数据处理单元等内部组件免受雨雪天气因素的侵扰，保证其在野外环境下正常工作。外壳的外形设计呈“凸”字型（如图8（a）所示），具有上部窄下部宽特点，收集容器与外壳保持着合理的间隙，防止两者冻结、接触影响正常观测，这样的设计结构可起到防风、减少蒸发和增加降水捕获量的功能。保护外罩采用不锈钢材料制作，喷涂白色防锈漆。外壳下方有三个缺口槽是与底盘上的固定螺钉相配合（如图8（b）所示），保证在野外环境受风的影响使外壳不晃动。

保护外壳及固定螺钉

防风圈由24片风挡单片、3个龙骨与1个防风圈支架组成（如图12所示），是增大降雪捕获率的重要设备，其顶端高度略高于传感器承水口，支架与防风圈喷涂防腐蚀、防氧化材料涂层。为保证传感器尽量少受到干扰因素的影响，防风圈需独立预埋基础，与传感器分开安装。每个风挡单片与风挡龙骨用螺丝连接形成防风圈，使用防风圈支架将防风圈支撑、固定起来。防风圈1/3处做开口设计使台站人员现场维护便捷（如图13所示）。

防风圈整体示意图性能指标主要技术指标承水口直径：200mm

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容量（包括防冻液、抑制蒸发油）：400mm；分辨力：0.1mm；准确度：±0.4mm(≤10mm)；±4%(＞10mm)；数据输出：脉冲（通断信号）、RS232（9600，N，8，1）；工作温度：－50℃～＋60℃；储存温度：－50℃～＋80℃；外型尺寸：φ1050mm×1500mm；电压：9V～15V；电流：12V供电时≤75mA。环境适应性工作温度：－50℃～＋60℃；储存温度：－50℃～＋80℃；相对湿度：0%～100%；大气压力：450hPa～1060hPa；降水强度：≤10mm/min；抗风能力：≤75m/s；抗盐雾腐蚀。主要功能数据采样数据处理单元对载荷元件按每分钟一次的采样频率进行扫描，将获得的电信号转换成降水量，得到分钟降水量。数据处理数据处理单元对采样值进行数据质量控制，对通过采样值质量检查的分钟降水量进行累计，得到累计降水量。数据存储传感器具有数据存储功能，数据存储使用堆栈式存储器结构。存储的数据内容包括：分钟降水量、累计降水量、原始质量数据、状态监控信息等。存储的数据量不少于30天，数据存储器应具备掉电保存功能。数据传输传感器具有数据传输的功能，采用脉冲方式输出时，主动送出通断信号；采用RS-232（或RS-485）方式输出时，采用响应终端命令的方式。数据采集器与传感器间的信号传输距离不小于200m。通过在RS-232口上接入无线或有线传输模块，可以实现数据远程传输功能。数据格式

脉冲信号信号，每0.1mm降水，等效输出一个脉冲RS2329600，8，n，1RS485三种信号只能选择一种，而不能同时输出。RS232命令命令编号命令字参数个数功能简述1DATETIME0/1读取/设置传感器时间2ID0/1设置传感器区站号3RDPR0读取当前分钟降水量数据4DMPR读取分钟降水量和状态数据5QCPMWP0/5读取/设置瞬时值质量控制参数6LS工程调试DMPR命令标识代码值描述9“没有检查”：该变量没有经过任何质量控制检查。0“正确”：数据没有超过给定界限。1“存疑”：不可信的。2“错误”：错误数据，已超过给定界限。3“不一致”：一个或多个参数不一致；不同要素的关系不满足规定的标准。4“校验过的”：原始数据标记为存疑、错误或不一致，后来利用其它检查程序确认为正确的。8

“缺失”：缺失数据。N没有传感器，无数据。注：对于瞬时气象值，若属采集器或通信原因引起数据缺测，在终端命令数据输出时直接给出缺失，相应质量控制标识为“8”；若有数据，质量控制判断为错误时，在终端命令数据输出时，其值仍给出，相应质量控制标识为“2”，但错误的数据不能参加后续相关计算或统计。数据质量控制标识LS命令安装与调试地基将800mm×800mm地基样板放置在1200mm×1200mm水泥墩的中心处（如图15所示，注意地基样板摆放朝向），按照地基施工图安装要求施工，如图16所示，雨量线、电源线、地线从地基中心的PVC管穿出，地线的另一端与地网的地固定。雨量线规格：2×0.5（带屏蔽）电源线规格：2×0.5

地基示意图

地基施工图基座与防风圈由于DSC3型称重式降水传感器灵敏的测量特性，因此它需要一个稳固的安装基础，从而减少由于气流扰动和震动及其它环境所造成的影响。设备安装在表面为一个正方形混凝土的基础、或者其它稳固的表面，设备安装位置应选择在空旷和有代表性的地点。需要在混凝土提前预埋螺栓或基础安装膨胀螺栓（螺栓为M12，螺栓露出地面60mm），露出地面的螺栓表面清洁，膨胀螺栓必须垂直地面安装（如图17所示）。防风圈1/3开口处与基座的穿线孔朝北放置。防风圈与基座独立安装，基座应防风圈的中心位置，并且基座与防风圈无接触。

基础实物图固定传感器将底盘放在基座的上法兰盘之上，OPD的发射端朝北放置，将雨量线、电源线、地线从基座的穿线孔穿出，通过底盘的防水锁头（如图18所示）。

传感器固定实物图

水平调整实物图数据处理单元RS485输出连接方式

数据处理单元的RS485接口，“A”也可以用“+”来代表，“B”用“-”来代表，与终端设备的RS485相对应连接。添加蒸发抑制油和防冻液

收集容器夏天的时候要放入抑制蒸发油，冬天的时候要放入抑制蒸发油和防冻液。蒸发抑制油放入能够完全覆盖桶底薄薄一层即可，防冻液按照当地历年极值温度情况，放入对应的量。传感器启动

传感器安装固定好后，将防风圈1/3开口处关上，用固定螺栓将防风圈固定。将传感器电源线的另一端与用户提供的电源接口连接，电源线连接好后，给传感器上电，上电设备需要初始化5分钟，初始完毕后，将雨量线另一端与采集器雨量接口连接。传感器每次上电后，需连接RS232串口查看实时数据，发送DMPR或LS命令查看相关参数（温度、电压）是否正常。传感器调试

调试有两种方式：一种是通过脉冲口连接计数器，另一种是通过RS232端口连接笔记本。A、脉冲口调试：将从设备到自动站雨量口的雨量线的一端（如图24所示），连接一个计数器（或雨量校准仪），传感器通电后，传感器需初始化5分钟，初始化后，用量杯加入已知的水（每分钟缓慢、匀速的加入5mm的水，共需加入10mm的水），加入的水必须通过OPD红外线光束，否则降水量不会输出。倒入完毕后，等待5分钟，计数器显示的量与量杯倒入水的量偏差在技术指标内，即为设备运行正常，调试完毕，将雨量线接到自动站采集器的雨量口。

脉冲方式连线图RS232口调试将笔记本的串口与设备底盘的调试串口连接（如图25所示），需要的串口线及接口（如图26所示），传感器通电，利用计算机的超级终端或串口调试助手等软件，按照设备的波特率设置，设置每分钟自动发送DMPR命令一遍（定时发送：6000ms/次），软件中就会显示当前分钟记录,初始化后，用量杯加入已知的水（每分钟缓慢、匀速的加入5mm的水，共需加入10mm的水），加入的水必须通过OPD红外线光束，否则降水量不会输出。倒入完毕后，等待5分钟，查看软件显示的分钟降水量（如图27所示），软件显示的降水量与量杯倒入水的量偏差在技术指标内，即为设备运行正常，调试完毕。维护重点注意事项和日常维护重点注意事项在安装和维护过程中一定要避免载荷元件受到外力冲击，小心轻放收集容器至载荷元件上，否则可能造成载荷元件测量不准确或故障。载荷元件是整个传感器的核心部件，需要安装在一个稳定、牢固的平台上，牢固的平台对传感器的观测起到关键的作用，在安装和维护过程中需检查传感器各个部件是否固定牢固、无晃动，收集容器桶口与OPD无接触。检查收集容器在托盘上是否放入在槽内，保护外壳的桶口底边与收集容器桶口无连接处接触。清空收集容器每年至少进行2次维护，一次是在入夏之前，一次是在入冬之前。在降水量多的地区、沙尘严重的地区，维护次数应适当增加。观测员要定期取下保护外壳检查OPD遮光管上有无蜘蛛网或者其他物质悬挂，大的降雪过程后及时清除承水口口沿外的积雪、沙尘等杂物，承水口内壁上的积雪扫入收集容器内。预计将有沙尘天气但无降水，应及时将桶口加盖；沙尘天气结束后及时取盖。清空收集容器清理收集容器前应该先将设备供电断开，再将自动站采集器的雨量线断开，以保证数据的准确性，不影响业务，否则会导致出现错误数据。用虹吸泵将收集容器内的液体抽吸到设备外的容器内（如图29所示）；在无虹吸泵的情况下可用手工取出收集容器的办法来清空收集容器，取出收集容器一定要小心，避免冲击传感器而使其负荷过载；

虹吸泵抽吸液体实物图清理结束后，收集容器放稳到托盘之上，套上保护外罩后，将其供电重新连通后，等待5分钟，再将雨量线接回自动站。清空收集容器时，容器内的液体含有防冻液和蒸发抑制油，容器内的液体具有腐蚀性物质，要将液体倒入安全的地方。清空收集容器后，要清洗收集容器，将容器内的物质清理干净后补充防冻液和蒸发抑制油。每次较大降水过程后及时检查，防止收集容器溢出，降水过程中，因降水量较大可能超过量程时，应在降水间歇期及时排水。冻结前温度乙二醇（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补充防冻剂和蒸发抑制油在清倒完成后，如果是冬季，应根据当地的气温条件补充防冻液，并添加足够形成保护薄膜的防蒸发抑制油。蒸发抑制油放入能够完全覆盖桶底薄薄一层。如果是夏季，不需要添加防冻剂，但是最好也保证桶的底部有少量的水，以保证油膜能均匀覆盖在桶内。防冻液配比表：典型故障排除脉冲口无雨量值输出笔记本与设备的调试串口连接，发送fr10000命令，脉冲口连接一个计数器或与自动站采集器雨量口连接，等待3-5秒后，设备会从脉冲口输出10个计数显示到计数器或自动站终端软件上，并且每输出一个计数有“啪嗒”的一声，即为脉冲口能正常工作，如果有“啪嗒”的一声，计数器和终端软件没有显示值，要检查雨量线是否连接正确，如果没有“啪嗒”的声音，可能设备的脉冲口有问题，需要更换数据处理单元。查看OPD工作是否正常笔记本与设备的调试串口连接，取下保护外罩，用细铁丝或其他细小物质从OPD圈的中心快速晃动（模拟降水），同时发送命令LS看OPD记录次数是否增长（如图30所示），OPD记录次数增长说明OPD能够启动降水的发生；然后停止OPD圈的中心晃动，同时连续发送LS命