DNQ1前向散射能见度仪用户手册.docx

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DNQ1前向散射能见度仪用户手册

DNQ1前向散射能见度仪

用户手册

华云升达（）气象科技**公司

2014．6．

1、前言

能见度是气象观测的常规项目，反映大气的浑浊程度的一个光学指标，是表征近地表大气透明程度的一个重要物理量，并可以在特定条件下分析空气污染的程度。

对航空、航海、陆上交通、目标探测和识别以及军事活动都有重要的影响。

在气象学中，能见度是识别气团特性的重要参数之一，代表当时的大气光学状态，和天气的变化有紧密的关系。

在天气预报和环境监测上都有实际意义。

目前，已有很多方法用于大气能见度的测量。

我国气象站大部分仍采用人工目测方法来观测能见度，这样主观因素较多，误差较大，特别是夜间能见度的目测结果误差更大，不能满足实际应用的需要。

DNQ1前向散射式能见度仪的指标是根据中国气象局综合观测司制定的《前向散射式能见度仪功能规格需求书》的要求，2011年5月华云公司使用DNQ1前向散射式能见度仪参加并通过了气象探测中心组织的能见度仪考核，在考核过程中，DNQ1表现稳定，效果比较理想。

2、探测原理

DNQ1前向散射式能见度仪由发射器、接收器、电源／控制器和机架等部分组成。

探测原理见图2.1和2.2.

发射器装置由红外线LED、控制和触发电路、红外线强度传感器（光二极管）和反向散射信号强度传感器（光二极管）组成。

变送器装置以2kHz的频率使红外线LED产生脉冲波。

光二极管监控发射光强度，测量的变送器强度用于自动使红外线LED的强度保持为预设值。

“LEDI”反馈电压由CPU监控，以获取有关红外线LED的老化情况和可能的缺陷的信息。

反馈回路对红外线LED的温度和老化效应进行补偿。

另一方面，主动补偿会略微加速红外线LED老化。

因此，初始LED电流设置为一个值，这可确保装置运行几年而无需维护。

额外的光二极管测量从镜头、其他对象或污染物向后散射的光，此信号也由CPU监控。

温度传感器是固定到横臂上的Pt100热敏电阻。

使用高精度A/D转换器，每分钟测量一次温度。

光接收器由PIN光二极管、前置放大器、电压到频率转换器、反向散射测量光源LED以及一些控制和定时电子器件组成。

接收PIN光二极管检测从采样空气柱内悬浮颗粒散射且被镜头聚焦（特定方向的散射光）的光脉冲。

信号电压由与变送器同步的相敏锁定放大器进行过滤和检测。

高达30kcd/m2的环境光照水平不会影响光二极管的检测，也不会使前置放大器饱和。

发射器通过红外发光管，产生红外光通过镜头在大气中形成接近平行的光柱。

接收器将采样区内大气的特定方向的前向散射光汇集到光电传感器的接收面上，并将其转换为与大气能见度成反比关系的电信号。

此信号经处理后送至控制器的数据采集板．经CPU取样和计算得到采样区内大气的特定方向的前向散射光的强度值，由此估算出总的散射量（与仪器的结构决定的采样角度有关），从而得到透过量，由此计算得到大气能见度的值。

图2.1前向散射式能见度仪探测原理图

图2.2光学测量示意图

3、设备构成

HY-35能见度传感器的具体组成部分如图3.1所示，总体上位7部分构成。

使用安装法兰将其固定到桅杆侧面或横臂。

实物图见图3.2。

图3.1DNQ1前向散射式能见度仪

如图3.1中的所示编号对应如下：

①变送器/发射器

②控制器/接收器

③空白面板

④管中的Pt100温度传感器

⑤安装座

⑥护罩式加热器（可选）

⑦亮度传感器PWL111（可选）的位置

HY-35能见度仪系统安装时有以下几部分：

（1）浇筑水泥地基（含预埋螺栓），中心可以有走线孔，直径不小于20mm即可。

图纸见本文最后的附件1，需要指出的是对于可能有台风波及的地区地基的深度由原设计的400mm增加到600mm。

（2）立杆

（3）采集器机箱

（4）上部的HY-35能见度传感器

图3.2设备实物照片

4、设备安装步骤

设备的安装时应按照以下步骤完成：

（1）按照附件1图纸的要求建造地基。

（2）开箱取出立杆，竖起立杆到预埋螺栓上，紧固地脚螺钉。

（3）安装HY-35能见度传感器。

（4）安装采集器机箱。

（5）连接HY-35到机箱的电缆。

（6）铺设与外部连接的电缆，包括：

数据的输出电缆，～220V供电电缆。

（7）连接机箱到外部的信号输出电缆，为3芯带屏蔽的信号缆。

（8）连接外部输入到机箱的～200V供电电缆。

（9）连接内部插头，开始测试设备。

5、设备使用维护注意事项

5.1、选择安装位置

为能见度传感器DNQ1找到一个合适的位置对于获得有代表性的环境测量值很重要。

该位置应代表一般关注区域。

对DNQ1的位置的主要要求如下：

（1）具有一定的气象代表性

DNQ1所在位置的测量值应代表周围的天气情况。

DNQ1的理想位置是距所有大型建筑以及其他产生热量和挡住降水水滴的建筑物至少100m处。

避免树的阴影，因为树可能会导致小气候变化。

（2）避免光学干扰

所在位置应没有会干扰光学测量的障碍物和反射面，并且没有明显的污染源。

建议在变送器和接收器装置的视线中不要有障碍物（请参见图5.1）。

如果变送器光束从障碍物反射回接收器装置，则传感器将指示MOR值太小，这是因为无法将反射的信号与实际散射信号区分开来。

可以通过旋转传感器横臂检测到反射光。

任何反射光都随横臂方向变化而变化，并且能见度读数也会相应变化。

图5.1推荐的DNQ1位置

A安装方式：

传感器安装在支臂上。

B安装方式：

传传感器安装在桅杆顶端。

接收器和变送器的光学器件不应指向强光源。

建议在北半球接收器指向北方，而在南半球指向南方。

接收器电路在亮光中可能变饱和，此时内置诊断会指示警告。

明亮的日光也会增大接收器中的噪音水平。

变送器和接收器应远离明显的污染源，如过往车辆溅起的水花。

镜头变脏会导致传感器报告的能见度值过高。

传感器将自动检测过度污染。

在马路环境中，接收器应远离过往车辆。

首选方向是沿着马路。

接收器应指向最近车道的驾驶方向。

（3）电源和通信线路易于布设

安装DNQ1时，必须考虑电源和通信线路是否易于布设，因为这会影响所需的工作量和附件数量，从而影响实际安装成本。

虽然DNQ1设计为能够经受住恶劣的天气情况，但有些位置的环境对安装提出了更多要求。

对于极度寒冷的情况，可使用护罩式加热器防止冰雪堆积。

5.2、设备接地

设备安装场地要做好防雷地网，做好接地设施。

将设备接地可防止DNQ1的电子模块和其他物体受到雷击，并且可防止无线电频率干扰。

通过气象站接地电缆将DNQ1设备接地。

接地原则如下：

（1）将接地杆安装在尽量靠近桅杆的位置。

也就是说，使接地电缆的长度最小。

接地电缆也可以铸入混凝土底座中。

（2）接地杆的长度取决于当地的地下水位。

接地杆的下端应不断碰到湿地。

可以使用接地电阻测试仪检查接地质量。

电阻必须小于10Ω。

（3）使用电源/数据电缆外壳将DNQ1的电子器件外壳接地。

5.3、设备安装方式

使用传感器支臂安装DNQ1时，请按如下所示进行操作：

图5.2将DNQ1安装到支臂上

图5.3使用法兰配件将子配件安装到桅杆上

5.4、设备维护及校准

5.4.1、清洁镜头和护罩

为获取可靠的结果，DNQ1变送器和接收器装置的镜头应相对保持干净，因为脏镜头可提供比实际能见度更好的能见度值。

应定期对DNQ1的镜头进行清洁处理。

一般每隔六个月或更短的时间执行一次清洁，具体取决于DNQ1的实际使用环境的不同条件（例如，如果附近有公路）。

完整的清洁过程如下所示：

（1）用异丙醇润湿无绒软布，然后擦拭镜头。

注意不要刮伤镜头表面。

镜头应保持干燥，以指示镜头加热功能正常。

（2）确保护罩和镜头没有冷凝水、积雪或积冰。

（3）擦去护罩内表面和外表面的灰尘。

（4）正确清洁光学表面后，发出CLEAN命令（需要现场维护，或通过中心站发送此命令）。

5.4.2、校准

DNQ1已在出厂时进行了校准。

通常，只要电路板没有更换或警告和警报中没有相关要求，就不需要重新对DNQ1执行校准。

不需要对电路板进行硬件校准。

建议每年执行一次定期检查。

用户可以使用PWA11校准套件检查能见度校准。

如果检查结果显示变化小于±5%，建议不要进行重新校准，因为变化属于校准过程的可重复性*围内。

如果任何机械损坏改变或削弱了光学测量路径（即接收器或变送器，或者支撑接收器或变送器的横臂），则必须更换DNQ1。

如果更换了接收器装置或变送器装置（PWT11），则需要重新校准能见度测量和污染测量。

可以使用PWA11校准套件检查并调整校准。

该套件包含一个挡板和两个具有已知散射属性的不透明玻璃板。

该过程中将使用ZERO、CHEC和CAL命令。

校准过程检查两点：

零散射信号和极高的散射信号。

零信号使用挡板获取，而高信号使用不透明玻璃板获取。

校准能见度测量时，能见度应大于500米。

建议不要在大雨或明亮的阳光下执行校准。

照射到校准仪板上的明亮阳光将增加散射测量时的噪音，降低CHEC命令输出的稳定性。

但是，可以在小雨天气下进行校准。

执行校准检查过程之前，请按照“清洁镜头和护罩”一节中的说明清洁镜头。

另请检查不透明玻璃板的状况并根据需要进行清洁。

（1）要阻止光路，请将挡板放在接收器护罩中，然后等待30秒。

（2）发出ZERO命令。

DNQ1应做出如下响应：

ZEROSIGNAL:

OK>

（3）移动挡板。

（4）将校准仪板装到镜头护罩中。

请参见下方图5.4。

（5）将不透明玻璃板固定到护罩上。

请注意印在玻璃板上的信号值，因为以下步骤中需要使用该值。

（6）移出光路并等待30秒。

（7）发出CHEC命令。

（8）一分钟之后读取显示的信号。

（9）该信号值必须接近印在玻璃板上的值。

如果差值小于5%，则校准正确。

否则，请继续执行校准过程。

（10）按ESC键终止CHEC命令

图5.4组装不透明玻璃板

如果需要根据校准检查执行校准，请按照下面的说明操作：

（1）发出以下命令：

CALcalibratorsignalvalue

例如：

CAL485

校准仪信号值印在玻璃板的标签上。

通常，该信号接近为500Hz。

DNQ1会计算新的比例因数并将其保存在非易失性存储器（EEPROM）中。

（2）键入CHEC以验证是否正在使用新的比例因数。

显示的信号值应等于校准仪信号值。

如果新的比例因数与出厂校准的比例因数的差值超过20%，则会忽略CAL命令。

请检查DNQ1和校准仪是否存在硬件或机械错误。

如果已更换光学装置PWC10/20/50或PWT11，则与初始比例因数相比，新的比例因数可能会更改20%以上，请忽略值和CAL命令。

在这种情况下，请在校准过程中使用FCAL命令（出厂校准）代替CAL。

6、数据采集问题

本设备符合中国气象局气象探测技术中心新编制的数据字典查询协议。

也可以通过采集器的数据透传指令直接与前端的传感器命令交互和采集数据。

7、系统参数

7.1、系统功率

部件

描述

能见度传感器

68W（其中加热部分65W）

采集器

12W

总功率

80W

7.2、能见度测量参数

性能

描述

测量*围MOR

10～35000m

精度

±10%,10～10000m

±15%,10km～35km

仪器一致性

+5%

时间常数

60秒

更新间隔

15秒

8、服务与技术支持

因产品更新升级较快，本手册仅做用户参考使用，产品以实际到货为准。

感谢您对我们的信任和支持！

再次感谢您使用本公司的产品并希望我们的产品和服务能使您满意。

如果您在安装、调试、使用过程中遇到问题，请及时与我们联系，我们会在第一时间做出答复。

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附件：

地基图纸