天气现象自动化观测系统功能规格需求书.docx
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天气现象自动化观测系统功能规格需求书
附件2
降水现象仪功能规格需求书
（试行版）
中国气象局综合观测司
2013年11月
目录
1前言1
1.1目标1
1.2适用范围1
1.3编写依据1
2功能要求2
2.1观测要求2
2.2数据格式2
3组成结构2
3.1传感器2
3.2数据采集2
3.3外围设备2
3.4采集软件2
4技术要求3
5环境适应性要求3
5.1气候条件3
5.2生物条件3
5.3机械条件4
5.4电磁兼容性要求4
5.4.1电磁骚扰限制要求4
5.4.2电磁抗干扰度要求5
6电源要求5
7可靠性要求5
8可维护性要求5
9安全要求6
9.1标记要求6
9.1.1产品标识6
9.1.2熔断器6
9.1.3电源开关6
9.1.4电击危险6
9.1.5其他标记6
9.2文件要求6
9.3结构安全8
9.4电气安全8
9.4.1防电击危险8
9.4.2保护接地措施8
9.4.3过流保护9
9.4.4基本电气安全要求9
10防雷要求10
10.1一般要求10
10.2直接雷击的防护措施10
10.3雷击电磁脉冲的防护10
10.3.1屏蔽措施10
10.3.2等电位连接和采用公用接地系统10
10.3.3供电系统电涌保护措施10
11结构和外观要求11
11.1机械结构要求11
11.2机械强度要求11
11.3材料与涂覆要求11
11.3.1材料要求11
11.3.2涂覆要求11
11.4外观要求12
1前言
降水是指从天空降落到地面上的液态或固态的水，降水现象观测是地面气象观测的基本内容之一。
实现降水现象自动观测，将有效提高观测的频次和质量，为预报服务提供更多有价值的气象信息和观测产品，是气象观测自动化的重要组成部分。
本需求书在《天气现象仪功能规格需求书（试验版）》的基础上，根据降水类天气现象的实际观测需求修订而成。
本功能需求书由中国气象局气象探测中心牵头编写。
1.1目标
本功能规格需求书以实现降水现象自动化观测为目标，以天气预报、气候预测、人工影响天气、气象服务的需求为出发点，依托《天气现象仪功能规格需求书（试验版）》，提出降水现象仪的基本功能需求，旨在指导降水现象仪的设计、研发与使用。
1.2适用范围
本需求书适用于地面气象观测中降水现象仪的研发、考核、定型和使用。
1.3编写依据
《地面气象观测规范》（中华人民共和国气象行业标准，2007年）
《气象仪器和观测方法指南（第七版）》（世界气象组织，2005年）
《综合气象观测系统发展规划（2010-2015年）》（中国气象局，2009年）
《新型自动气象（气候）站功能规格书》（中国气象局，2010年）
2功能要求
能够自动实现降水天气现象要素观测，数据采样、存储和处理，并按照规定数据格式输出。
2.1观测要求
观测要素：
实现对雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、冰雹等5种天气现象的自动观测与识别。
2.2数据格式
以中国气象局气象探测中心发布的《地面观测气象数据字典》中天气现象部分数据格式为准。
3组成结构
降水现象仪由传感器、数据采集、外围设备，及相关软件构成等部分组成。
3.1传感器
降水传感器检测降水信号，并区分降水类型。
3.2数据采集
数据采集部分指数据采集箱，内含接口单元、中央处理单元、存储单元等。
3.3外围设备
外围设备包括供电电源和通讯接口等。
3.4采集软件
采集软件运行在数据采集控制单元中，应包含数据采集、通信、控制、支持时间同步、采集参数自动保存、自重启、降水现象观测与识别、参数设置与信息查看等功能。
4技术要求
（1）降水类天气现象识别准确率：
不小于90%
（2）资料输出频次：
1min
5环境适应性要求
5.1气候条件
工作温度：
－40℃～＋50℃
相对湿度：
10%～100%
大气压力：
450～1060hpa
太阳辐射：
1120w/m2
降水强度：
0~6mm/min
5.2生物条件
降水现象仪应采取适当的防霉菌措施，但除非使用在特殊的环境条件或使用方有要求时，不必通过长霉试验来鉴定其抗霉菌能力。
降水现象仪应采取适当的防止动物损坏措施，如鼠咬、蚁啃等。
工作在正常大气条件下的降水现象仪，应在材料、表面涂覆和工艺上采取相应的措施，使其具有一定的抗化学活性物质危害的能力。
盐雾试验时间应不少于48小时，其他试验条件符合有关行业或国家标准的要求。
5.3机械条件
正弦稳态振动：
位移1.5mm
加速度5m/s2
频率2～9Hz；9～200Hz
非稳态振动（冲击）：
峰值加速度40m/s2
自由跌落：
高度0.25m
倾跌角度：
30°
5.4电磁兼容性要求
5.4.1电磁骚扰限制要求
降水现象仪电源端口和信号端口的传导骚扰限制要求分别见表1和表2。
表1电源端口传导骚扰限值
频率范围（MHz）
限值（dBμV）
准峰值
平均值
0.15～0.5
66～56
56～46
0.5～5
56
46
5～30
60
50
表2信号端口传导共骚扰限值
频率范围（MHz）
电压限值（dBμV）
电流限值（dBμA）
准峰值
平均值
准峰值
平均值
0.15～0.5
84～74
74～64
40～30
30～20
0.5～30
74
64
30
20
降水现象仪电源端口和信号端口的辐射骚扰限值应满足表3的要求。
表3在10m距离测量的辐射骚扰限值
频率范围（MHz）
限值[dB（μV/m）]
30～230
30
230～1000
37
5.4.2电磁抗干扰度要求
降水现象仪的各端口电磁抗扰度要求应满足表4的要求。
表4端口电磁抗扰度要求
内容
试验条件
交流电源端口
直流电源端口
控制和信号端口
1.2/50μS（电压）
8/20μS（电流）
浪涌冲击抗扰度
线对地：
±2KV
线对地：
±1KV
线对地：
±1KV
电快速瞬变脉冲群抗扰度
±2KV5Kz
±1KV5Kz
±2KV5Kz
射频电磁场辐射抗扰度
80MHz-1000MHz
3v
80﹪AMk（1KHz）
80MHz-1000MHz
3v
80﹪AMk（1KHz）
80MHz-1000MHz
3v
80﹪AMk（1KHz）
静电放电抗扰度
接触放电：
±4KV
空气放电：
±8KV
接触放电：
±4KV
空气放电：
±8KV
接触放电：
±4KV
空气放电：
±8KV
6电源要求
（1）接入电源为交流单相电源
（2）电压：
220V±15%
（3）交变频率：
50±2.5Hz
7可靠性要求
产品应进行可靠性设计、试验和验证工作。
可靠性：
MTBF（Q1）≥3000小时
8可维护性要求
整个系统易于扩展和维修。
各部件的结构设计应充分考虑维修的方便性、快捷性和不易误操作性。
接线标志清晰不易混淆，应采取充分的措施保证即使非专业人员操作也不易产生误操作。
提供传感器和通讯的状态监控。
平均维修时间（MTTR）要求：
≤40min
9安全要求
9.1标记要求
9.1.1产品标识
降水现象仪至少应标明：
——制造厂商名或商标或识别标记
——制造厂商规定的产品型号、名称或型号标志
——数据采集器的型号、名称和序列号
——传感器的型号、名称和序列号
9.1.2熔断器
在每一熔断器座上或其就近处标上标记，该标记应标出熔断器的额定电流，如果该熔断器能装上不同电压额定值的熔断器，则还应同时标出熔断器的额定电压。
9.1.3电源开关
电源开关应标明电源“通”“断”位置。
9.1.4电击危险
使用市电的降水现象仪应在外壳显著位置设“当心电击危险”安全标记。
9.1.5其他标记
降水现象仪的其他标记要求和方法应符合有关行业和国家标准的要求。
9.2文件要求
随同降水现象仪应提供含有下述内容的文件：
技术说明书和使用或操作说明。
从上述文件能够获得技术帮助的制造厂或供货方的名称、地址和尽可能多的通讯联系方式、所有必要警告及注意事项，避免人员伤亡或设备损坏，此外还必须包括下列基本内容：
（1）简介
内容包括设备在现场可更换组件的逐项说明。
降水现象仪额定工作条件，如：
供电电压或电压范围，频率或频率范围，以及功率或电流的额定值；所有输入和输出连接的详细描述；为降水现象仪设计给定的环境条件范围。
（2）安装
包括：
场地布置、定位和安装和调试要求；保护接地说明；与电源的连接；具体维护要求。
（3）操作
包括：
在所有工作状态下，操作控制键的识别和使用；损耗材料更换的说明；清洁说明。
（4）维护
为安全目的所需，由用户进行的预防性维护和检查应在说明书中详细给出。
包括传感器在现场维护时需要的所有常规维护维修程序。
由常规维护进度表和详细维护流程组成。
所有需要维护的项目名称及部件号、制造商都应逐一列出。
提供详细的校准程序。
（5）部件清单
包括：
项目名称、参考标识、厂商代码和零件编号。
（6）图纸
包括所有大号图纸。
印刷电路版的原理图、装配图、面板和机箱连接线。
此外，还应提供性能测试报告、环境测试报告、功能检测报告、一般性检查报告等，用于降水现象仪的质量评定。
9.3结构安全
降水现象仪结构上的棱缘或拐角，应倒圆和磨光。
对于在产品寿命期内无法始终保持足够的机械强度而需要定期维护或更换的部件，应在产品使用说明书上醒目地载明更换周期，并着重注明不这样做的危险性。
用作电气连接或其他连接的螺钉连接件，如果其松脱或损坏会影响安全，所以应能承受正常使用时的机械压力。
室外无防护条件下使用的降水现象仪或部件，如无特殊要求，其外壳防护等级应规定为IP65。
9.4电气安全
9.4.1防电击危险
机箱内带危险电压的导电部件都应有防护措施，足以避免操作人员可能用手或一般维修工具直接接触。
把危险电压引入机箱的导线在穿过机箱外壳处应有绝缘防护措施，这些导线进入机箱后应适当走线和固定，机箱内所有和这些导线可能直接接触的金属零部件都应有接地措施，以防一旦导线绝缘损坏，这些金属零部件不致带有危险。
9.4.2保护接地措施
降水现象仪各独立部件和传感器都应有保护接地措施。
各保护接地线不应构成回路，应在导电的底板或机架上设置一个点，作为保护接地、电源接地的公共接地点。
从这点到地的连接应连续永久，连接导线截面积不小于16mm2。
接地端子或接地接触件与需要接地的零部件之间的连接电阻不应超过0.1Ω。
9.4.3过流保护
使用市电的降水现象仪，必须对一次电路设置过流保护装置。
9.4.4基本电气安全要求
（1）绝缘电阻
使用市电供电时，在电源的初级电路和机壳绝缘电阻不小于2MΩ。
使用12V直流电源供电时，电源初级电路和机壳间绝缘电阻，不应小于1MΩ。
（2）泄漏电流
使用市电供电时，降水现象仪泄漏电流值不得超过3.5mA。
（3）抗电强度
使用市电供电的降水现象仪，电源的初级电路和机壳间应能承受幅值1500V，电流5mA的冲击耐压试验，历时一分钟，试验中不应出现飞弧和击穿。
试验结束后仪器能正常工作。
使用低压直流电源供电的降水现象仪，电源的初级电路和机壳间应能承受幅值500V，电流5mA的冲击耐压试验，历时一分钟，试验中不应出现飞弧和击穿。
试验结束后仪器能正常工作。
10防雷要求
10.1一般要求
应具备防直接雷击和防雷击电磁脉冲的措施,防雷安全要求和设计应符合行业标准的要求。
防雷类别的确定：
根据QX4-2000第6
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