称重降水传感器、自动雪深观测仪观测规范操作及维护

称重降水传感器、自动雪深观测仪

观测规范及维护观测与网络处2013年11月7日第一部分：称重式降水传感器(二)结构与原理原理：称重式降水传感器的测量原理是通过对质量变化的快速响应测量降水量。称重原理基于振弦技术基于电阻应变技术技术性能：新疆气象局观测与网络处(二)结构与原理维护：日常维护

值班人员应严格按照《地面气象观测规范》要求，按时巡视、检查和维护设备、场地及电源供电情况等。1．每日检查内筒内液面高度和供电情况（避免降水溢出）。2．每日定时进行仪器小清洁，口沿以外的积雪、沙尘等杂物应及时清除，如遇有盛水口沿被积雪覆盖，应及时将口沿积雪扫入桶内，口沿以外的积雪及时清除。3．每周检查承水口水平、高度情况。4．每次较大降水过程后及时检查，防止溢出。5．降水过程中注意分析判断降水量数据的准确性，如有疑问，应及时进行现场测试。6．每月检查防雷接地情况。7．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。8、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。

(三)维护与计量维护：维护要求1．当内筒内的液体较多或杂物过多时，应清空，然后添加相应的防冻液和蒸发抑制油。2．当内筒内的防冻液和蒸发抑制油过少时，应适量添加。3．维护之前应先断开称重式传感器电源，拔下的数据线。维护完毕后，再接上电源线和数据线。4．每年春季应对称重式降水传感器进行防雷安全检查。从使用情况来看，在内桶中容易出现沉积的沙土、树叶、昆虫等杂物，称重式降水传感器一般每年至少清理维护2次，采用虹吸管人工排水方式较为方便。(三)维护与计量计量：

称重式降水传感器校准分为现场校准和计量检定。现场测试由台站完成，若测试误差大于4%时，需检查调试，必要时更换。计量检定由具有气象计量检定资质的机构完成。称重式降水传感器平均无故障时间≥5000小时；设计寿命5年以上。(三)维护与计量

观测规范2

结构与原理

3

安装与调试

4

观测记录

5

前言1

维护与现场校准

6第二部分：雪深自动观测雪深观测规范主要适用于以超声波测距或激光测距原理的观测设备开展的雪深自动观测业务，是对现行《地面气象观测规范》（2003年）的必要补充。编写依据《气象仪器和观测方法指南》《地面气象观测规范》《自动雪深观测仪功能需求书(试验版)》《自动雪深观测仪试验考核总结报告》《京津冀地区固态降水试点观测工作总结》主要编制单位气象探测中心河北省气象局综合观测司地面处1、前言1.1目的和适用范围超声波（或激光）测距原理的观测设备开展的雪深实时自动观测业务图1雪深传感器布设位置参考图1.2仪器布设安装位置应符合《地面气象观测规范》中观测场仪器布局的原则，布设在观测场西北角。因受地形影响，可根据实际情况适当调整。1.3时制和日界观测时制为北京时，以20时为日界1.4传感器要求应具有国务院气象主管机构颁发的使用许可证（目前华云和无锡）1.5观测起止时间各地（州、市）气象局应根据本地区积雪出现的历史最早（晚）时间和分布情况，统一要求提前启用（停用）自动雪深传感器。2、观测规范结构：雪深传感器主要由测距探头、处理控制单元和安装支架等3个部分组成。3、结构与原理测距探头：目前国内气象部门使用的雪深传感器所采用的测距原理为超声波测距或激光测距。⑴超声波测距，探头由1个收发超声波的探头和1个用于波速订正的温度传感器组成。⑵激光测距，探头由1个激光收发器和1个低温加热模块（-20℃以下启用）组成。结构与原理超声波探头由一个超声波激发电路、机械波发生器和一个超声波接收电路组成，实现电信号到超声波能量的转换，同时可以接收超声波在目标物上的反射回波，并转换成电信号。采用时差法可计算出探头到目标的距离，由于超声波受周围环境影响较大，所以必须通过温度补偿、数字滤波等技术提高测量准确性达毫米级。超声波探头安装须保持水平，测量波束角（α）为22°~30°，距离盲区约为50cm。结构与原理激光探头由高稳定的激光发射器、接收器、前置控制器组成，采用相位法测距，用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。激光探头倾斜安装在支撑杆上，倾斜角（α）10°~30°，距离盲区约为10cm。结构与原理处理控制单元：处理控制单元负责对测距探头的激发控制、计算测量波速发送和接收的时差（或相位差），并对采样样本进行数据质量控制、数据运算处理、记录存储和传输。安装支架：安装支架用于固定测距探头，包括设备支撑杆、探头安装连接件、预埋件及定位板等。支架高度可调，能满足探头在指定高度范围内进行测量。附件：在雪深传感器停用期间，须使用防护罩保护测距探头。防护罩应具有防水、防尘、透气等特点。在雪深传感器现场校准过程中，须使用经计量检定的校准模块。校准模块使用铝合金材质制作，经氧化处理，表面平整光滑，不易磨损和变形。模块分为5cm和20cm高度两种规格，各2块。结构与原理测量要素测量范围分辨力最大允许误差输出供电雪深0～150cm0.1cm±1cmRS-232/CAN总线直流12V表1测量性能要求注：测量范围=探头安装高度-测量盲区，可扩展。测量性能结构与原理安装高度与朝向：雪深传感器的安装支架应牢固安装在观测场内混凝土基础上。测距探头距地面垂直高度一般选择150±3cm，在北方雪深较深的个别地区可以根据实际情况进行调整至200±5cm。传感器测距探头应朝向西方，测量路径上无任何遮挡。基准面要求：雪深测量的基准面为地面（硬化裸地），基准面的大小应以安装支架向西0.6m的点为中心（位于超声波测距探头的正下方），边长0.9m的正方形，基准面区域内的地面应为处理平整的裸地，且与观测场地面齐平。基座要求：基座表面积为30cm（长）×30cm（宽），埋深应超过非永久冻土层且不小于30厘米，高度与地面齐平。传感器支架应牢固安装在基座上。4、安装与调试电源要求：雪深传感器的工作电源(DC12V)可直接从自动气象站获取，也可以单独配备AC220电源转换装置。激光探头需大功率的加热电源时，应选配专用的AC220V电源转换装置。线路连接：雪深传感器以及电源转换装置的电源线应连接到规定的电源处，数据线应连接到自动气象站采集器相应的端子上。为了防雷、防鼠、防水，方便安装与维修，电源线和数据线应穿入带屏蔽层的线槽内，线槽须安置在电缆沟内。防雷要求：雪深传感器基座的接地线就近接入观测场地网，接地电阻应≤4Ω。安装与调试调试方法：用专用串口数据线连接计算机和雪深传感器，使用专用软件进行调试（详见传感器使用说明书）。激光测距探头倾角和基准高度测定⑴检查基准面是否水平。⑵把校准模块置于激光测量光点位置，操作调试软件，测得探头与校准模块顶面之间的直线距离。取走校准模块，操作调试软件，测得探头与基准面之间的直线距离。将校准模块的高度输入到调试软件中。操作调试软件，通知传感器完成标校并启动测量。传感器将自动计算得到探头的倾角α。⑶根据倾角α，可得到基准面高度，将测量结果输入软件。

超声波测距探头基准高度测定⑴检查探头安装是否水平，测量路径是否有遮挡。⑵检查基准面是否水平。⑶人工测量基准面高度，将测量结果输入软件。

安装高度检查检查雪深传感器测得探头距地高度与人工测量探头距地高度之间的差异是否满足最大允许误差要求，如果超出，应重新检查仪器和安装情况。

安装与调试1．雪深观测记录，以厘米（cm）为单位，四舍五入，取整数；平均雪深不足0.5cm记0；2．雪深传感器接入现行自动气象站时使用数字量输出，以正点前5分钟雪深观测平均值作为小时正点观测结果。观测数据的数据格式应符合《地面气象要素数据文件格式》的要求。3．出现以下情况时，应在备注栏中注明：⑴无积雪时，仪器产生的异常数据，应及时删除；⑵有积雪时，仪器产生的异常数据，应按缺测处理；⑶测雪面因踩踏造成破坏后至恢复原状前，应按缺测处理。⑷当雪深观测场地与观测场周围地段积雪覆盖状况存在差异时，应在备注栏中说明情况。5、观测记录维护方法：1．启用雪深观测传感器前，应清理基准面上杂物，平整基准面，检查供电、防雷接地、数据线连接等情况，并进行现场校准。2．雪深传感器启用期间，保持基准面整洁平整，每日检查供电、通信情况。3．雪深传感器启用期间，每日检查传感器的外观、运行状态，注意分析判断雪深数据的准确性，如有疑问，应及时进行现场测试。4．积雪期间，每日检查测雪面，及时清除异物。若测雪面因踩踏等造成破坏时，应及时将测雪面尽可能恢复至与周围雪面状况相同。5．每年在雪深传感器启用前和停用后，应定期检查传感器防雷接地情况。6．按照仪器说明书要求，定期检查超声波探头干燥剂，若受潮失效，应及时更换；定期检查激光传感器探头的清洁度，应保持清洁。7．雪深传感器停用时，应切断传感器电源线、和采集器连接的数据线，清洁测距探头，并加防护罩。8．雪深传感器停用期间，应根据电池使用说明要求，给仪器的蓄电池定期充放电。9．若发现传感器测量结果存疑，或出现部件故障，应按现场校准方法，对传感器进行校准，应及时维修或更换。6、维护与现场校准现场校准方法：

1．检查仪器线路连接，确保仪器的工作状态正常。2．调试，确认超声波探头安装水平、基准面水平、测量路径无遮挡；获得激光探头安装倾角，确认基准面高度。3．使用校准模块模拟5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm高度积雪深度，用传感器分别测量这6种高度，每种高度重复进行3次测量，测量结果应当在允许误差范围内。其中：对于激光测距探头，应将校准模块置于激光探头的激光测量光点处；对于超声波传感器，应将校准模块置于探头的正下方。4．超声波传感器的