DNQ1前向散射式能见度仪用户手册.docx

1、DNQ1前向散射式能见度仪用户手册DNQ1/V35前向散射式能见度仪设计定型材料文件4.2用户手册中国华云气象科技集团公司华云升达（北京）气象科技有限责任公司（2012年6月） DNQ1/V35前向散射式能见度仪 用户手册中国华云气象科技集团公司华云升达（北京）气象科技有限责任公司目录一、 概述 5二、 产品简介 62.1 DNQ1/V35前向散射式能见度仪简介 62.2 硬件结构 72.3使用DNQ1/V35 7三、 功能介绍 83.1 光学测量 83.2 发射单元PWT11 93.3 接收单元 103.4 背景亮度传感器PWL111（可选） 103.5 温度传感器 123.6 算法说明 1

2、23.7 内部监控 13四、 安装 154.1 选择位置 154.2 接地和防雷保护 164.3安装过程 17五、 操作 285.1 入门 285.2 操作说明 285.3 模拟输出 425.4 维护命令 475.5 其他命令 51六、 维护 526.1 定期维护 526.2 清洁 526.3 校准 536.4 卸除并更换 56七、 故障排除 58八、 技术参数 638.1结构规格 638.2 电气规格 638.3光学规格 648.4能见度测量规格 648.5 环境规格 65附录 A 66附录 B 70一、 概述本章提供产品的一般说明。本手册提供有关DNQ1/V35前向散射式能见度仪安装、使用

3、和维护的信息。本手册内容本手册包括以下章节：- 第 1 章：概述，提供产品的一般说明。- 第 2 章：产品简介，介绍DNQ1/V35前向散射式能见度仪的功能、优点和产品术语。- 第 3 章：功能介绍，介绍产品的功能。- 第 4 章：安装，提供有关本产品安装的相关信息。- 第 5 章：操作，包含操作本产品所需了解的信息。- 第 6 章：维护，提供产品基本维护所需的信息。- 第 7 章：故障排除，介绍常见问题及其可能的原因和解决措施。- 第 8 章：技术数据，提供DNQ1/V35前向散射式能见度仪的技术数据。- 附录 A 关于内部监控值- 附录 B 关于跳线设置文档约定在本手册全文中，重要的安全注

4、意事项均以如下标识提请用户注意：警告 “警告”字样提醒用户注意严重的危险。此时需要仔细阅读说明并严格按照说明操作，否则会有人身伤害甚至死亡危险。小心 “小心”字样提请用户注意潜在的危险。此时需要仔细阅读说明并严格按照说明操作，否则可能损坏本产品或丢失重要数据。注意 “注意”字样强调使用产品时的重要信息。安全交付给用户的DNQ1/V35前向散射式能见度仪已经完成出厂安全测试和审批。请注意如下预防措施：警告 DNQ1/V35的支架必须良好接地。警告 请勿在存在可燃气体或烟雾的情况下操作本设备。在这种环境中操作任何电子仪表都存在一定的安全危险。小心 请勿改动或更换仪表中的元件。有关维修事宜，请与授权

5、代表联系。小心 部件板（包括CMOS微芯片）应使用导体包装进行运输和存储。虽然新的CMOS设备已进行保护，不会被操作员释放的静电产生的过电压损坏，但建议谨慎操作：操作员应正确接地。应避免不必要地操作部件板。ESD 保护静电放电(ESD)可能直接破坏电子电路或引起潜在损坏。产品在使用状态下设有充分的防ESD功能。但是，在接触、拆除或将任何物品插入设备壳体内部时，静电放电将会损坏产品。为了确保用户在接触产品时不产生高压静电：-在正确接地并装有防ESD装置的工作台上处理对ESD敏感的部件。如果没有合适的工作台，则应先接触设备支架，使自己接地，然后再触摸电路板。用腕带和电阻接线使自己接地。如果没有上述

6、设备，则先用一只手接触设备支架的导体部分，然后再触摸电路板。-要始终握住电路板的边缘，避免接触部件触电。二、 产品简介本章介绍DNQ1/V35前向散射式能见度仪的功能、优点和产品术语。2.1 DNQ1/V35前向散射式能见度仪简介DNQ1/V35前向散射式能见度仪是一种光学传感器，用于测量能见度（气象光学距离/MOR）。该仪器使用前向散射测量原理测量能见度。能见度范围为10m35000m。2.2 硬件结构DNQ1/V35是一个独立的仪表，可以使用安装法兰将其固定到桅杆侧面或横臂。图 1 DNQ1/V35前向散射式能见度仪上方图1中的编号对应如下。1=发射器2=接收单元3=空白面板4=管中的Pt

7、100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2.3使用DNQ1/V35DNQ1/V35通常用作气象观测系统的一个部件。其输出为数字串行接口或模拟电流信号。可以将数字串行接口配置为两种不同的工作模式：传感器可设置为按选定的时间间隔自动发送数据信息，或者DNQ1/V35可由主机进行轮询。相同的串行线也用作操作员接口。模拟电流信号可用来报告能见度。可以使用三个受能见度限制驱动的继电器控件。使用者可以使用维护终端控制和检查DNQ1/V35的运行情况。提供的一组内置命令和测试例程用于配置和监控DNQ1/V35的多种功能。标准数据信息包含状态字符，用于指示内部

8、诊断检测到的故障。如果设置了错误状态，则使用者可以显示特殊的状态信息，其中包含详细的诊断结果和故障的书面说明。借助此信息，使用者可以执行纠正操作或提供维护人员建议。三、 功能介绍本章介绍产品的功能。DNQ1/V35前向散射式能见度仪是一种光学传感器，用于测量能见度（气象光学距离/MOR）。该仪器使用前向散射测量原理测量能见度。直径处于光波长数量级的颗粒会散射光。散射量与光束的稀薄程度成正比。较大颗粒的行为与反射器和折射器相同，但其对MOR的影响必须单独处理。通常这些颗粒是降水水滴。DNQ1/V35的光学装置可从快速信号变化中检测到各个水滴。3.1 光学测量图 2 DNQ1/V35光学系统DNQ

9、1/V35测量从45角散射的光。此角度对各种类型的自然雾气反应平稳。降水水滴散射光的方式不同于雾气，因此必须单独分析其对能见度的影响。DNQ1/V35可以根据光学信号检测和测量降水水滴，并使用此信息处理散射测量结果。DNQ1/V35的取样容积较小，约为0.1公升（请参见上方图2）。这样，即使在相对很大的降水强度时，也可以测量独立的颗粒。还可以检测到即使是最小降水水滴的信号电平。图3 DNQ1/V35结构框图3.2 发射单元PWT11发射单元由红外线LED、控制和触发电路、LED强度监控器和反向散射接收单元组成。发射单元电子器件以2kHz的频率使IR-LED产生脉冲波。光二极管监控传送的光强度。

10、测量的发射单元强度级别用于自动使LED的强度保持为预设值。“LEDI”反馈电压由CPU监控，以获取有关LED的老化情况和可能的缺陷的信息。反馈回路对发光二极管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。3.3 接收单元接收单元由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光二极管检测从悬浮颗粒散射且传送的光脉冲。信号电压由与发射单元同步的相敏锁定放大器进行过滤和检测

11、。高达30cd/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。AMBL信号（与环境光线成正比）将发送到CPU以进行监控。3.4 背景亮度传感器PWL111（可选）PWL111用于航空能见度计算，例如，以便区分白天和夜晚情况以计算能见度。DNQ1/V35每秒测量一次PWL111信号。每15秒计算一个新的运行1分钟的平均值。该1分钟平均值将在相应的信息中报告。值范围为4至20000cd/m2。控制传感器加热器的方式与控制其他DNQ1/V35加热器的方式相同。BLSC命令背景亮度传感器可在连续模式或者白天/夜晚切换模式下使用。提供一个正数BLSC值时，背景亮度测量模式为连续模式。

12、提供的值为0时，测量模式将变成白天/夜晚切换模式。激活PWL111后，其背景亮度值将在信息7和状态信息中报告。连续模式以下命令激活传感器并为亮度值提供一个正比例因数。请参见下例：BLSC1.0响应如下：BL SCALE 1.000使用上述设置将报告背景亮度的范围为4至20000cd/m2。白天/夜晚切换模式以下命令激活采用白天/夜晚切换模式的传感器，也就是说，亮度值为0或1。0表示夜晚时间，1表示白天时间。请参见下例：BLSC 0禁用PWL111指示DNQ1/V35跳过背景亮度操作。请参见下例：BLSC -1BCAL 命令如果当前背景亮度（单位为cd/m2）已知，则DNQ1/V35将计算新的B

13、L比例。BL比例必须大于0。此外，BLSC传感器必须已通过BLSC命令激活。当用户键入以下命令时，DNQ1/V35将计算BL举例BLCAL 12300图 4 PWL111 结构框图3.5 温度传感器DNQ1/V35的主要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。3.6 算法说明光学信号分析计算能见度算法的测量信号与偏移平均值之间的差值。该差值（频率）将作为一个参数提供给已校准的转换函数。该转换函数将频率转换为能见度(MOR)。该转换函数已定义，并且使用一个准确的大气透射计作为参考。通过计算瞬间(15s)能见度值的平均值，获得1分钟和10分钟平均输出

14、值。从消光系数值计算平均值，以便更接近人类观测结果。消光系数的定义如下： (1/km) = 3000/MOR (m)3.7 内部监控内置测试DNQ1/V35运行过程中包括大量内置测试。将测量各种电压，并且检查相应的警报和警告限制。通过测量向后散射的光连续监控发射单元和接收单元的光污染。为此，在接收单元中安装了一个附加传送LED。如果能见度小于给定的限制，软件将生成警报。DNQ1/V35会对怀疑出现故障的硬件生成警告。如果检测到严重的硬件故障，将不生成能见度数据，而是用斜线(/)代替。状态信息中的状态位将显示错误原因。内置测试包括内存测试、模拟监控和信号测量监控。监控测量的结果将以伏特或赫兹为单

15、位显示，具体取决于其起源。程序操作由监视器电路系统监控。如果电路在约2秒内未触发，则电路会执行硬件重置。图5 DNQ1/V35 板上的LED指示灯如果红色LED每秒闪烁一次，则表示正常运行。当DNQ1/V35测量能见度信号时，信号/偏移LED将打开。RxD和TxDLED由串行线硬件直接控制，这表示所有操作都在串行线中。内存测试重置后，DNQ1/V35将测试并清除其SRAM数据内存。它通过闪烁的信号/偏移LED来指示错误。闪烁50次后，DNQ1/V35无论如何都会尝试启动程序。如果SRAM确实出现故障，则启动程序通常会导致监视器重置。在正常操作过程中，数据SRAM测试还在后台中连续地完成。如果检

16、测到SRAM错误，则监视器会重置系统。将计算并检查参数内存(EEPROM)的校验和以进行测试。校验和出错可能非常严重（能见度使用/表示）。原因将显示在状态信息中。每次更新保存的参数期间以及重新启动后都会计算并检查EEPROM。信号监控DNQ1/V35在大约8毫秒样本中测量光学信号、接收单元反向散射和偏移的频率值。由于测量时间分别为10s、1s和4s，因此它们在一个批次中必须具有不同的样本个数。DNQ1/V35检查频率是否不为零以及信号样本个数是否大于偏移样本个数。信号或偏移出错非常严重，并且数据将设置为/。偏移偏离单独监控。配置会话中提供了基准偏移频率。如果偏离大于10Hz，软件将生成警告。用

17、户可以通过信号/偏移LED顺序（打开10秒，关闭5秒）了解测量顺序的进展情况。硬件监控使用一个8通道模拟到数字转换器测量来自硬件的一些信号和各种电压。STA 命令显示内部监控值（有关详细信息，请参见“STA”一节）。监控污染DNQ1/V35通过测量向后散射的信号来监控发射单元和接收单元污染。CLEAN命令用于设置反向散射信号的清洁基准值。反向散射信号和清洁值的偏差与镜头污染成正比。配置表中提供了警报和警告限值。如果超过警报限值，数据将设置为/并生成警报。测量的值仅用于警告和警报。不计算对能见度信号的补偿。发射单元反向散射由一个将发射单元LED用作光源的模拟电路测量。在状态信息中其标识符为TR.

18、BACKSCATTER。反向散射信号越强，TR.BACKSCATTER越小。接收单元反向散射由将附加受控LED用作发射单元的信号接收单元测量。结果采用赫兹为单位。向后散射的光越多，值越大(REC.BACKSCATTER)。四、 安装本章提供有关本产品安装的帮助信息。4.1 选择位置为能见度传感器DNQ1/V35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/V35的位置的主要要求如下： DNQ1/V35所在位置的测量值应代表周围的天气情况。DNQ1/V35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

19、为树可能会导致小气候变化。 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。- 建议在发射单元和接收单元装置的视线中不要有障碍物（请参见图6）。如果发射单元光束从障碍物反射回接收单元装置，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 6 推荐的DNQ1/V35位置A=传感器安装在支臂上。B=传感器安装在桅杆顶端。-接收单元和发射单元的光学器件不应指向强光源。建议在北半球接收单元指向北方，而在南半球指向南方。接收单元电路在亮光中可能变饱和，此时内

20、置诊断会指示警告。明亮的日光也会增大接收单元中的噪音水平。-发射单元和接收单元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，接收单元应远离过往车辆。首选方向是沿着马路。接收单元应指向最近车道的驾驶方向。 电源和通信线路必须容易获得。-安装DNQ1/V35时，必须考虑电源和通信线路是否容易获得，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/V35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。4.2 接地和防雷保护设备接

21、地将设备接地可防止DNQ1/V35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/V35设备接地。接地原则如下：-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。-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10。DNQ1/V35内部接地使用电源/数据电缆外壳将DNQ1/V35的电子器件外壳接地。传感器的其他部分相互之间通过电流接触。将远处装置和通信电缆接地还需要将远处装置（如PC数据记录器和显示屏）接地，并防止它们受到雷击。警告 如果远处装

22、置未正确接地，通信线路遭遇雷击时可能会产生危及远处生命的电压浪涌。4.3安装过程本节只介绍一种安装方法，即将传感器支臂和气象站用作主机的安装方法。4.3.1打开包装说明随交付文档提供的装箱单中指定了交付的内容。DNQ1/V35设备通常放在一个箱子中交付。注意:应小心轻放箱子。箱子的任一端不能倾斜超过5厘米。4.3.2打开包装过程1.阅读随交付文档提供的装箱单。然后，针对采购订单比较装箱单，确保交货完整。2.打开盖子。如果有任何差异或损坏，请立即与供应商联系。3.将包装材料和盖子放回送货箱中，并将其保存以备可能需要重新装运使用。4.3.3存放将DNQ1/V35置于其包装中并存放在干燥环境下，不要

23、放在露天。存放条件如下：-温度-40至70-相对湿度最高为95%4.3.4 安装使用传感器支臂安装DNQ1/V35时，请按如下所示进行操作：1.将DNQ1/V35安装到支臂上。请参见下方图7。图 7 将DNQ1/V35安装到支臂上图 8 使用法兰配件将子配件安装到桅杆上2. 或者将子配件安装到桅杆上。请参见上方图8。4.3.5连接连接电缆DNQ1/V35外壳上配有一个用于连接信号和电源电缆的接头。该接头使得安装和维护操作更轻松。电缆包皮和接头连接到DNQ1/V35外壳进行接地，以便使EMI级别符合规格。1.将DNQ1/V35桅杆电缆（电源和信号电缆）连接到DNQ1/V35外壳下面的固定接头。小

24、心:应正确紧固接头。电缆接头相对于固定接头不能晃动。2.测试接头是否晃动。如果接头晃动，则表示接头的啮合面未完全咬合，因此会漏电。图 9 测试接头注意:电缆接头必须非常牢固地连接到DNQ1/V35外壳上的固定接头。不允许出现松动。3.使DNQ1/V35桅杆电缆的未使用线相互隔离，例如，通过将它们连接到接线盒中未使用的螺纹接线端子。基本连线：DNQ1/V35电缆有16根连接线。表1 可接受的接头默认配线信号名称DNQ1/V35中的接头线颜色传感器DC 电源+X1-4红色传感器DC 电源GNDX1- 5黑色RS-485B(-)X1-2白色RS-485A(+)X1-3棕色RS-232TxX2-2绿色

25、PC串行端口接头D9针2或ROSA服务接头针4RS-232RxX2-3黄色PC串行端口接头D9针3或ROSA服务接头针3RS-232GNDX2-1灰色PC串行端口接头D9针5或ROSA服务接头针5继电器控件1X4-6灰色/粉红色继电器控件2X4-7红色/蓝色继电器控件3/ExtVbX4-5紫色通过跳线X11选择针的功能ExtVbX3-9粉红色根据接地（X4-8和X2-1），针的输出电压为+12VDC模拟输出X3-12蓝色通过跳线X13选择电流范围加热电源+X3-5白色/绿色由于电流较高，必须连接这四根加热电源线。加热电源+X3-5棕色/绿色加热电源-X3-6白色/黄色加热电源-X3-6黄色/棕

26、色屏蔽支架屏蔽连接到设备接地图10布线原理图11 维护电缆4.3.6 DNQ1/V35供电可以为仪器和加热单独连接电源。这使得备用电池仅限用于测量电源。能见度传感器需要使用12VDC至50VDC的电源。所有的加热器均可使用交流电、直流电或整流交流电。下面说明了加热器的电压范围。未配PWL111的内部加热器（默认）如果未提供单独的加热电源，则还必须使用12VDC至50VDC的电子测量仪器电源向内部加热器供电。如果提供了单独的加热器电源，则可使用该电源向内部加热器供电。通过DNQ1/V35控制器/接收单元电路板上的跳线X5和X8，可以选择是否使用单独的电源为内部加热器供电。请参见附录B DNQ1/

27、V35接头和跳线设置。默认情况下，使用电子设备电源提供加热电源。配有PWL111的内部加热器（可选）用于背景亮度传感器PWL111（可选）的加热器与DNQ1/V35内部加热器（DNQ1/V35板上的连接器X18）平行。PWL111加热器只能通过12V、24V或两者之间的电源供电。如果DNQ1/V35配有PWL111和电子测量仪器，则还必须使用DC电源向内部加热器供电，并且DC电压不得超过24V。如果电压低至12V，则PWL111板上的跳线必须设为 12V以保证获得足够的加热电源。如果提供了单独的加热器电源，则可使用该电源向内部加热器供电，即包含PWL111加热器。在这种情况下，单独的加热器电压

28、不能超过28V（建议24V）。护罩式加热器PWH111使用护罩式加热器时，必须提供24V的单独加热电源。其中每个加热器使用30W，共60W。如果PWL111和DNQ1/V35内部加热器通过该相同电源供电，则该电源负载约65W。4.3.7通信选项DNQ1/V35具有一根带两个接口的串行线。双线RS-485用作标准接口。RS-485接口连接到主机时，DNQ1/V35软件旨在允许将RS-232接口用作引入线。通常，DNQ1/V35同时等待来自RS-232和RS-485接口的输入。来自RS-232接口的任何字符都会禁用RS-485通信10秒钟，或直到使用者关闭该线路止。自动信息将连同来自RS-485接

29、口的轮询信息一起发送到这两个接口。串行通信设置串行通信端口的默认设置如下：-9600波特-偶数奇偶性-7个数据位-1个停止位串行传输RS-232对于RS-232通信，请将DNQ1/V35信号线连接到：-黄色至PC3/9：TxD RS-232-绿色至PC2/9：RxD RS-232-灰色至PC5/9：GND建议RS-232电缆的最大长度为50m。通常，使用RS-232连接时距离最高可达到100m，但不能保证不发生问题。串行多点传输RS-485RS-485传输标准允许多个DNQ1/V35使用单根双绞线与主机通信（半双工）。对于RS-485通信，请将DNQ1/V35信号线连接到：-棕色RS-485A

30、(+)-白色RS-485B(-)注意在某些RS232/RS-485转换器中，可能会混合使用这些标记。如果连接未正常运行，请切换电线的位置。维护终端的连接任何配有终端仿真软件或与RS-232串行接口兼容的VT100终端的计算机都可用作DNQ1/V35的维护终端。4.3.8 继电器控件DNQ1/V35包含三个打开的采集器继电器控件，它们通过软件使用在CONF命令中设置的警报限制进行控制。DNQ1/V35的以下三个继电器控件都可受能见度限制的驱动。第三个继电器控件还可受硬件状态的驱动。-ALARM LIMIT 1（警报限制1）-ALARM LIMIT 2（警报限制2）-ALARM LIMIT 3（警报限制3）以上是10分钟的平均能见度警报限制。限值0表示不使用该限制。这三个能见度限制彼此独立，这意味着ALARM LIMIT 1（警报限制1）仅设置RELAY CONTROL1（继电器控件1）的限制。ALARM LIMIT 2（警报限制2）仅设置RELAY CONTROL 2（继电器控件2）的限制，依此类推。例如，能见度低于ALARM LIMIT1（警报限制1）时，即拔下RELAY CONTROL 1（继电器控件1）。请参见表2和表3。