新型自动气象站实习实训(修改)

实习实训1 电子技术基础

1.1 目的要求

1.掌握数字万用表的基本使用方法。 2.能够对基本的电子元器件进行识别和测试。

3.了解DZZ4和DZZ5电源系统结构和原理，掌握电源系统的测试步骤。

1.2 学时

4学时

1.3 预习内容

1.电子技术基础。 2.新型自动站电源结构。

1.4 设备与工具

1.数字万用表。

2.电阻、电容、电感、二极管、保险管。 3.DZZ4和DZZ5新型自动站电源箱。

1.5 原理与说明

1.基本概念

电压：静电场中电荷在某一点所具有的势能，又称电势能，用符号U表示。单位：伏特（V）。

电流：电荷的定向移动，电流的大小称为电流强度，用符号I表示。

1

单位：安培（A)。

电阻：导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻，用符号R表示。单位：欧姆（Ω）

电功率：描述电做功快慢的物理量，也称为单位时间内电能所做的功。W=P*t（电功），P=U*I（电功率）

电流、电压、电阻的关系： U=R*I I=U/R R=U/I

2.数字万用表是一种数字化新型测量仪表，输入阻抗高、测量对象和量程宽、读数显示准确直观。数字万用表可以测量交、直流电压、电流、电阻

图1.1 UT51型数字万用表

等，有的还能测量电容、电感、晶体管参数、频率、温度等。图1.1为UT51型数字万用表外形，面板上部为液晶显示屏，显示屏左下方设有整机电源开关（POWER），按下为“开”，再按一下使其弹起为“关”。面板为测

2

量选择开关，使用时，转动旋钮至适当挡位即可。面板下部有4个插孔，分别是公共端插孔“COM”；测量电压、电阻和二极管插孔“VΩ”；测量较低电流插孔“A”；测量较高电流插孔“10A”。使用时，将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入相应插孔。

3. DZZ4型自动气象站电源供电采用交流供电系统，如图1.2所示，主要由空气开关、开关电源、防雷组件、蓄电池和充电保护模块等组成。供电单元的输入为 AC220V。供电单元的输出有两组，均为 DC12V，分别给主采集箱和各分采集箱进行供电。电源系统供电线路图如图1.3所示，交流输入端经过空气开关后，接入开关电源输入端，交流防雷模块与空气开关和开关电源输入端并联。开关电源通过转换输出三组直流电，一组（橙黑线）通过充电保护模块给电池充电，一组（红蓝）经过防雷器作为主采集器的检测电源，一组（棕黑）经过防雷器作为主采集器的供电电源。当空气开关断开时，电池通过橙黑两条线给主采集器供电。

图1.2 DZZ4电源箱

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黑黑-电池+橙红+橙+保护模块+红红黑黑++--黑充电+红交流防雷模块LN棕蓝棕L接地棕N蓝蓝接地开关电源-+蓝-红橙黑直流防雷模块+（检测）-+-红蓝红蓝+-直流防雷模块（电池）+-棕黑接地空气开关L棕N蓝棕黑红蓝+-+-电源输出（主采集）红蓝棕黑+-+-电源输出（备用）棕蓝接地交流输入

图1.3 DZZ4电源系统供电线路图

图1.4 DZZ5电源结构

4.DZZ5自动气象站的电源系统为交流供电电源系统，如图1.4所示，由四部分组成，分别是空气开关、防雷器、电源控制器和免维护电池。供电单元的输入为 AC220V，输出电压为 DC13.8V。电源模块负责将交流电转化为 DC13.8V，供自动站所有设备工作。蓄电池为后备电源，当没有交流电输入时，保证自动站能够连续工作。电源系统供电线路图如图1.5所示，交流输入端经过空气开关后，一路接入电源控制器输入端，一路连接

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空气开关，接入环形变压器的输入端，环形变压器降低交流电压后给能见度加热。电源控制器输出两组直流电，一组连接蓄电池，一组通过保险管和刀开关给主采集器供电，同时接入12V升24V模块，给能见度供电。空气开关断开时，蓄电池连接保险管和刀片开关给主采集器供电，通过12V升24V模块给能见度供电。

图1.5 DZZ5电源系统供电线路图

1.6 内容与步骤

1.熟悉数字万用表结构和使用方法；

2.对电阻进行色环识别，并用万用表测试其电阻值；

序号

色环识别值 万用表测试值 备注 5

3.对电容器进行容量识别，并用万用表测试其电容容量值；

序号 元件标示值 万用表测试值 备注 4.用万用表对二极管进行测试、并判断其好坏；

序号 正向显示 反向显示 好坏判断 5.用万用表对保险管和直流刀开关的通断进行测试，记录下万用表是否蜂鸣；

6.熟悉DZZ4/DZZ5自动气象站电源系统结构和原理； 7.电源系统测试：

连接相应的电源电缆线后，对系统进行上电。 空气开关输入电压：U1= ； 开关电源输入电压：U2= ； 开关电源输出电压：U3= ； 蓄电池电压：U4= ；

DZZ5电源系统中能见度供电模块测试： 能见度供电电压U5= ;

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能见度加热部分电压U6= 。 8.仪器整理

①先断电（先关闭交流电、再关闭直流电），然后进行传感器等部件的拆卸及复位；

②万用表、工具等摆放整齐；

③检查工具是否完整，仪器设备是否完好。

1.7注意事项

（一）万用表使用注意事项：

1．使用万用表测量时，必须正确选择参数档和量程档，同时应注意两支测量表笔的正、负极性；

2．满量程时，仪表仅在最高位显示数字“1”无穷大，这时应选择更高的量程。如果无法预先估计被测电压或电流的大小，应先拨至最高量程挡测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置；

3．测量中若需转换量程，必须在表笔离开电路后才能进行，否则选择开关转动产生的电弧易烧坏选择开关的触点，造成接触不良的事故；

4．测量时，手指不要触及表笔金属部分和被测元器件； 5．若显示屏上出现

符号，表示电池电压低。万用表在低电压下工

作，读数可能出错，为避免错误的读数，显示低电压符号时应及时更换电池；

6．测量电阻时注意，用大量程测小电阻会出现“000”，无阻值；用小量程测大电阻会出现“1”无穷大；

7．测量完毕，功能开关应置于交流电压最大量程档，以防下次测量时由于疏忽而损坏万用表。

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（二） 电源系统测试注意事项：

1.连接电源电缆线之前，应检查系统是否断电； 2.对系统进行上电时，应先开直流电，再开交流电； 3.测试结束，系统断电时，要先关闭交流电，再关闭直流电。

1.8 课堂小结

1.使用万用表测量时，必须正确选择参数档和量程档，同时应注意两支测量表笔的正、负极性。

2.测量电压或电阻时，万用表与被测电路或电阻并联，测量电流时，与被测电路串联。

3.DZZ4和DZZ5自动气象站电源系统交流电为220V左右，直流电为12-15V之间。DZZ5中能见度供电电压为24V直流电，能见度电加热部分供电电压为24V交流电。

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实习实训2

新型自动气象站的结构与原理

2.1 目的要求

1.熟悉新型自动气象站各组成部分，了解其功能。

2.熟悉主采集器电源接口、测量通道、通信接口及接线位置，能够对主采集器的供电电源正确测试并初步判断是否正常。

3.能够将电源、分采集器、通信线缆、传感器与主采集器正确连接，能够根据主采集器的指示灯状态判断其工作是否正常。

2.2 学时

2学时

2.3 预习内容

1.新型自动气象站组成结构及各部分功能。

2.主采集器电源接口、测量通道、通信接口及接线位置。

2.4 设备与工具

1. DZZ4和DZZ5型新型自动气象站电源箱、主采集器、温湿度分采集器、地温分采集器、传感器等各一套。

2.各种线缆，计算机。 3.万用表、工具。

2.5 原理与说明

1.新型自动气象站组成结构

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图2.1 DZZ5结构框图

新型自动气象站分为四大部分：采集系统、传感器系统、通讯系统和供电系统。采集系统负责自动气象站所有数据的收集、存储及分析运算。传感器系统是根据不同的观测需要，配置不同的传感器，用以测量相应的

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气象要素。通讯系统用以将采集核心处理后的数据，传输到计算机。分为有线通讯和无线通讯。供电系统用以提供整个自动气象站系统运行的电力供应。一般分为交流供电、太阳能供电和交流与太阳能供电并用的三种方式。结构框图如图2.1、2.2。 图2.2 DZZ4结构框图

2.主采集器传感器通道

交流220V门开关风速传感器风向传感器雨量传感器气压传感器风速风向雨量气压CAN总线WUSH-BH采集箱RS232系统调试CF存储卡本地通信电源输入温度传感器湿度传感器WUSH-BTH温湿分采光纤模块电源输出WUSH-PD1电源箱电池交流终端计算机（用户自备）WUSH-PBF光纤通信盒防雷模块空气开关11

表2.1主采集器传感器通道

传感器类型 气温 湿度 气压 风向 风速 降水量 总辐射 能见度 蒸发量 门开关 通道类型 模拟（铂电阻） 模拟（电压） RS232 数字（7位格雷码） 数字（频率） 数字（计数） 模拟（差分电压） RS485（无锡）RS232（华云） 模拟（电流） 数字（电平） 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3.主采集器的通信接口配置 表2.2主采集器的通信接口配置

4.主采集器的外界存储器配置

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（1）1个CF 卡； （2）2个USB端口。

图2.3 DZZ5主采集器实物图

图2.4 DZZ4主采集器实物图

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5.主采集器的指示灯配置 （1）系统指示灯（秒闪）； （2）CF 卡指示灯。 6.主采集器的在线编程接口 （1）RS 232 （2）RJ 45。

2.6 内容与步骤

1.复习新型自动气象站的电源系统，保证用电安全。

2.认识新型自动气象站的结构，见图2.5，熟悉各部件名称及接线情况。熟悉各传感器连线插头位置及在主采集器上的通道。

图2.5 DZZ5、DZZ4主采集器实物图

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3.认识主采集器的外界存储器配置。 4.连接传感器。

5.连接主采集器与计算机，接通主采集器电源（先开直流电源，后开交流电），打开气象观测业务软件。

6.找到正确位置，用万用表的直流电压20V档测量主采集器的供电电压U= 伏。

7.认识主采集器的指示灯配置，并能根据指示灯状况判断工作是否正常。

8.关闭计算机，关闭采集器电源（先关闭交流电、再关闭直流电），然后进行传感器等部件的拆卸及复位；万用表、工具等摆放整齐；检查工具是否完整，仪器设备是否完好。

9.主采集器维护

（1）保持采集箱内清洁，不覆盖。 （2）不随意搬动、开关电源和复位。

（3）实时监控采集器状态灯：主采集器RUN灯是否为秒闪、CF卡在进行读写操作时是否会亮，分采集器的SYS灯和收发状态灯是否正常等。

（4）每天定时对时，误差小于30秒。

2.7 注意事项

1.DZZ5新型自动气象站的电源部分在主采集器箱，熟悉交流输入、输出位置，注意用电安全。

2.安装、拆卸传感器时应在断电的条件下进行。

3.测量时，注意选择正确的（电阻、电压及最大值）档位。

2.8 课堂小结

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1.新型自动气象站分为四大部分：采集系统、传感器系统、通讯系统和供电系统，采集系统是核心。

2.分清各部分之间的通信或连接方式。 3.对主采集器的供电电源正确测试。

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实习实训3

温湿度及地温分采集器、传感器安装、测试、维护，气压传感器安装、测试、维护。

3.1 目的要求

1.熟悉温度、湿度、气压传感器测量原理及接线定义。

2.熟悉温湿度、地温分采集器电源接口、测量通道、通信接口及接线位置，能够对分采集器的供电电源正确测试并初步判断是否正常。

3.能够将温度、湿度传感器与温湿度分采集器正确连接，能够对温度、湿度传感器正确测试并估算温度、湿度值。

4.能够将地温传感器与地温分采集器正确连接，能够对地温传感器正确测试并估算地温值。

5.能够将气压传感器与主采集器正确连接及静压装置的安装，能够对气压传感器正确测试并初步判断是否正常。

6.掌握对温度、湿度、气压传感器及分采集器的维护要求与方法。

3.2 学时

4学时

3.3 预习内容

1.温度、湿度、气压传感器测量原理及接线定义。

2.温湿度、地温分采集器电源接口、测量通道、通信接口及接线位置。 3.温度、湿度、气压传感器及分采集器的维护要求与方法。

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3.4 设备与工具

1.温度、地温、湿度、气压传感器各一个及相关电缆。 2.DZZ4和DZZ5温湿度分采集器、地温分采集器。 3.DZZ4和DZZ5主采集器、电源箱。 4.万用表、工具。

3.5 原理与说明

1.温度测量原理

铂电阻传感器测量温度采用四线制法（见图3.1）。假定传感器的四根导线电阻为r，在2、3端接入标准电阻R0，和待测电阻Rt串联并形成回路。由恒流源提供电流I0，由于电压对导线的电阻值不敏感，所以I0=V1/Rt=V2/R0，即得出Rt=R0×V1/V2。

根据铂电阻计算公式，换算出温度计算公式：

t=A+B×Rt+C×Rt2 其中A、B 、C为常数，t为温度（℃），R0为标准电阻值100。

测量2、3或1、4端电阻R1，测量1、2或3、4端电阻R2，Rt= R1- R2。铂电阻温度传感器在0℃的阻值100欧，温度系数约为0.385。T≈（Rt－100）/0.385，估算出此时的温度值。

2.湿度测量原理

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湿度变化引起湿敏电容的变化由信号变换电路将电容的变化转换为电压信号，当相对湿度由0%～100 %变化时，信号变换电路输出0～100 mV电压，经放大得到0～1V的电压，电压值与相对湿度为线性对应关系，见图3.2。

测量湿度传感器的输出电压估算出此时的湿度值。

图3.2 输出电压与相对湿度比例关系示意图

其接线图如下。

图3.3 DZZ5温湿度分采接线图

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图3.3 DZZ4温湿度接线定义

3.气压测量原理

膜盒式电容气压传感器的感应元件为真空膜盒。当大气压力发生变化时，真空膜盒的弹性膜片产生形变而引起其电容量的改变，通过测量电容量来测量气压。气压传感器为智能传感器，采用RS232串行输出。通信口接线定义见下图。

图3.4 DZZ4型自动气象站气压传感器通信口接线定义

图3.5 DZZ5型自动气象站气压传感器通信口接线定义

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3.6 内容与步骤

1.安装

（1）温湿度传感器

①认识温度、温湿度传感器及电缆接口、温湿度分采集器接口及传感器的接线位置。

②铂电阻温度传感器、湿度传感器用支架安装在百叶箱或防辐射罩内，感应器直立，头部向下，感应元件的中心部分离地面高度1.5m。见图3.6。

图3.6 温湿传感器安装示意图

③将传感器电缆从百叶箱底部叶片的间隙中穿出。间隙可能不够大，如果传感器电缆的插头穿不出来，可利用百叶箱木质结构的弹性，用有一定强度的工具(如大螺丝刀)扩大百叶箱底部叶片的间隙。百叶箱内电缆不宜留太长，应以便于安装或拆卸为宜，多余电缆可放入百叶箱立柱内。最后将湿度传感器头部的黄色帽套摘掉。

④使用专用固定结构件将温湿度分采集器固定在百叶箱的连接支架上（如图3.7）。

⑤最后分别将温度传感器、湿度传感器、CAN/电源电缆的接插件与温

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湿度分采集器进行对接，传感器的连接电缆要正确连接、固定牢靠。

图3.7 温湿度分采集器固定示意图

⑥将CAN/电源电缆的另一端接头与主采集器相连。 （2）地温传感器

①地面温度传感器可以与5cm、10cm、15cm、20cm浅层地温传感器采用同一个支架安装。地面温度传感器安装在浅层温度传感器支架板的顶端板条孔中，5cm、10cm、15cm、20cm浅层地温传感器分别安装在浅层温度传感器支架的相应板条孔中（见图3.8）。在观测地段挖一个小坑，将装好传感器的支架放入坑内，传感器在支架的南侧，支架位于地温观测地段东西轴线上，保证支架最上端地表传感器的轴线于地表面相平，再慢慢地将挖出的土壤填回坑内，使每个传感器与土壤紧密接触而又不改变其位置，最终使地表温度传感器感应体的下半部分能埋入地表土壤内，并与土壤紧密接触，上半部分露出地面，并保持干净（见图3.10）。地面温度传感器也可以可以采用正方形塑料框架安装，浅层地温传感器采用支架安装见图3.9。传感器的五根引线应穿在套管内埋入地下后引至地温采集机箱旁待接线，不宜露在地面，在传感器端多余的线应用塑料纸包裹后埋于地下。见图3.11。

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图3.8地温与浅层地温采用同一个支架安装 图3.9地温与浅层地温采用不同支架安装

图3.10 地面、浅层地温、草温安装示意图

图3.11 地面分采集器安装示意图

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②深层（40、80、160、320cm）地温传感器各安装在一根木棒（或三节棒）上，木棒的长度依深度而定（可使用原直管温表的木棒）。其安装示意图如图3.12所示。整个木棒及传感器放在专用套管内。木棒顶端有一个金属盖，用以盖住专用套管。木棒上几处缠有绒圈，金属盖内装有毡垫，以阻滞管内空气对流和管内外空气交换，也可防止降水等物落入套管内和防止传感器过快下落受震。然后将传感器安装在相应的专用套管内。传感器按自东向西、由浅而深、间隔0.5米的原则排列成一行，其信号缆线从外套管顶端起用PVC塑料管做防护送入土壤中，送至分线井，接入地温采集箱。

图3.12 深层地温穿管器安装示意图

③草温/雪温传感器安装在距离地温场西侧50 cm处，高度距地6 cm，南北方向安置，感应头朝南，并与地面大致平行。草温传感器的中心应处于地温场中心东西线上（见图3.10、3.13）。连接电缆穿入套管，与套管一起埋设在土壤中，但在传感器一端应留有0.5 m左右的电缆露出地面（北方积雪较深地区外留电缆线视常年最大雪深确定），以方便移动。

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图3.13 草温安装实景图

（4）气压传感器

气压传感器及其组件安装在采集器机箱内，其感应部位与台站水银气压表的感应部位高度一致，如果无法调整到一致，则要重新测定海拔高度。气压传感器应避免阳光的直接照射和风的直接吹拂。

2.测试

（1）温度传感器

连接好万用表，选取合适量程（200Ω档），准备测量温度传感器输出正确与否。

① DZZ5温湿度分采集器

打开至温湿度分采集器上盖，正确找到测点。见图3.14。

测量铂电阻温度传感器HYA-T连线插头1、3脚（或2、4脚）电阻值R1= ，测量1、2脚（或者3、4脚）之间的电阻值R2= ，求得铂电阻的电阻Rt= R1- R2= ，利用公式T＝（Rt－100）/0.385，估算出此时的温度值T＝ 。并初步判断传感器是否正常。

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图3.14 DZZ5 温湿度分采集器及接线定义

②DZZ4温湿度分采集器

湿度接线 温度接线 图3.15 DZZ4 温湿度分采集器及接线定义 打开至温湿度分采集器上盖，正确找到测点。见图3.15。测量温度传

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感器的全阻值R1= Ω（白-蓝，或棕-黑间阻值），测量导线电阻值R2= Ω（棕-白，或蓝-黑间阻值），则温度传感器温度测量部分的电阻值Rt=（R1—R2）= Ω；估算出测量时的温度值T＝（Rt—100）÷0.385= （℃）。并初步判断传感器是否正常。

（2）地温传感器

将地温传感器连线插头插入地温分采集器相应插口，参照上述方法测量地温传感器的输出温度值，并初步判断传感器是否正常。

（3）湿度传感器

将CAN线一端插入温湿度分采集器的“CAN”插口，另一端主采集器“温湿分采”插口连接，给主采集器加电。

①DZZ5温湿度分采集器

用万用表的直流电压20V档测量温湿度分采集器HY1101内部“湿度”连接端子（见图3.14）1脚（红线）与3脚（黑线）间电压U= 伏，2脚（绿线）与3脚（黑线）间电压U= 伏。并初步判断分采集器供电、传感器是否正常。

② DZZ4温湿度分采集器

用万用表的直流电压20V档测量温湿度分采集器内部“湿度”连接端子（见图3.15）棕、绿线间电压U= 伏，红、黄线间电压U= 伏。并初步判断分采集器供电、传感器是否正常。

（4）DZZ5气压传感器

①将主采集器交直流开关断开，自动站设备断电。

②将气压传感器PTB210的静压管安装在主采集器的机箱上，将气压传感器PTB210连接线安装在主采集器RS232-5插口。

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⑤主采集器加电进行数据采集，用万用表测量1、4脚（RS232-5插口从左向右依次为1-4脚，见图3.8）电压U= 伏，2、4脚电压U= 伏，3、4脚电压U= 伏。

气压接口

图3.15 DZZ5 主采集器及气压接线位置

3.仪器整理

（1）先断电（先关闭交流电、再关闭直流电），然后进行传感器等部件的拆卸及复位；

（2）万用表、工具等摆放整齐；

（3）检查工具是否完整，仪器设备是否完好。 4.维护

（1）温度、湿度传感器的维护

①安装传感器的百叶箱只能用湿布擦拭或毛刷刷拭，擦拭时传感器不得移除百叶箱外。

②冬季在巡视观测场时，要小心用毛刷把百叶箱顶、箱内和壁缝中的雪和雾凇扫除干净。

③定期用纯净水清洗湿敏电容传感器的头部保护滤膜，防止感应元件被尘埃污染，不得用手触摸湿敏电容；每月定期更换保护滤罩。

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④定期查看传感器感应部位是否处在离地面1.5m处。 ⑤定期检查温湿传感器与数据传输线的连接。 ⑥每2年进行一次现场检查、校准。 （2）气压传感器维护

①室外：保持静压管连接完好，气孔畅通。 ②安装或更换传感器时应在断电的条件下进行。 ③应避免阳光的直接照射或气流的影响。 ④每2年进行一次现场检查、校准。 （3）分采集器维护

①保持采集箱内清洁，不覆盖。

②实时监控采集器状态灯，SYS灯和收发状态灯是否正常。

3.7 注意事项

1.DZZ5新型自动气象站的电源部分在主采集器箱，熟悉交流输入、输出位置，注意用电安全。

2.测量电阻时，要在断电的条件下，注意关闭电源。 3.安装、拆卸传感器时应在断电的条件下进行。

4.测量时，注意选择正确的（电阻、电压及最大值）档位。

3.8 课堂小结

1.温度传感器输出为100Ω左右电阻信号，湿度传感器输出0∽1V电压信号，气压传感器采用RS232输出。

2.分采集器及湿度、气压传感器的供电电压为直流12V。 3.对温度、湿度传感器正确测试并估算温度、湿度值。

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实习实训4

翻斗式雨量传感器的安装、测试、维护

4.1目的要求

1.熟悉翻斗式雨量传感器的结构和基本工作原理 2.掌握翻斗式雨量传感器的安装、测试以及维护方法

4.2学时：2学时 4.3预习内容

1.数字万用表的使用方法 2.翻斗式雨量传感器的结构

4.4设备与工具

1.翻斗式雨量传感器 2.数字万用表 3.工具箱

4.5原理与说明

1.雨量传感器用于测量液体降水量、降水强度，常用的双翻斗雨量传感器为SL3-1型。主要由承水器(直径为2Ocm)、上翻斗、汇集漏斗、节流管、计量翻斗、计数翻斗、调节定位螺钉和干簧管等组成(见图4.1) 。在上翻斗和计量翻斗两侧分别有一对调节螺钉，松开螺钉上的锁紧螺帽，调节螺钉位置就能调整翻斗的翻转倾角，即能改变启动翻斗所需水量。在计数翻斗上还装有磁钢，磁钢极性与转轴垂直。汇集漏斗的出水咀镶有一节

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流铜管(直径约为3毫米)。上翻斗与汇集漏斗组成的主要作用，是使不同的自然降水强度积聚成近似固定的量，通过汇集漏斗节流铜管人为地使注入计量翻斗的雨水成为一股一股的水流，其流量相当于6毫米/分钟的降水，不发生雨水滞留现象，又不使注入计量翻斗的雨水强度过大。节流铜管管口高出漏斗底面约0.5毫米，目的是使水柱流完时残留水滴不多于三滴。干簧管是一个开关接点，接点封装在注有惰性气体的玻璃管内，平时常开。

图5.1 SL3-1型雨量传感器

2.雨水由承水器汇集，通过装有小圆护网的小漏斗及其下端的引流管注入上翻斗。当雨水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗，再经过汇集漏斗节流铜管流入计量翻斗。当计量翻斗雨量承积到相当0.1mm降水时(也有的为0.5mm或lmm翻斗)，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每达到0.1mm降水时，就送出一个开关信号, 采集器就自动采集存储0.lmm

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降水量。

4.6内容与步骤

1.安装

①将雨量电缆穿入预埋的穿线管中，电缆带插片的一头从预埋基座穿出，另一头引到采集器处。

②在三个地脚螺钉上先分别拧上一个M8螺母，这三个螺母实际上起到调节雨量筒水平的作用。调节水平使雨量筒传感器不锈钢外筒口缘距离地面保持70CM高度。（一般雨量预埋基础高度为20CM）

③卸下雨量传感器不锈钢外筒，将雨量电缆带插片的一头从下往上从雨量传感器底盘的穿线孔中穿入，将雨量电缆打个结,以避免误操作将雨量电缆拉出。

④把雨量传感器底盘的三个安装孔分别套入这三个螺丝然后分别调节下面的三个螺母使雨量传感器底座呈水平状态，即水平泡在中心圆圈内，然后在三个螺钉上再分别拧上一个M8螺母并旋紧。不要用力过猛，而导致雨量传感器变形。

⑤将电缆从底座小孔内穿入，并打一个结，将电缆一端的红、黑线缆正确安装在翻斗雨量传感器的红、黑接线柱上，并旋紧接线柱的紧固螺母。旋紧时注意用力不要太大，以免因接线柱背面的焊片跟转而损坏干簧管。另一端插入主采集器“雨量”插口。

⑥用剪刀把固定翻斗用的四根橡皮筋剪断并拿走，用手指轻轻拨动各翻斗以检查其能否灵活翻转。最理想的方法是缓慢地在承水漏斗处加适量的水，检查各层翻斗是否灵活翻转。同时可用万用表电阻档在两个接线柱

32

上检查干簧管是否工作正常，计数翻斗每翻动一次，万用表应检测到一次通断过程。

⑦将所有雨量翻斗拨向一个方向后，套上不锈钢外筒，并旋紧外筒壳紧固螺钉，用水平尺调节外筒水平。用接地线把雨量筒外壳与接地片连接好。

⑧为确保翻斗雨量桶安装、连接无误，应对翻斗雨量进行一次测试。用 20cm 直径雨量器的专用量杯，向雨量桶中缓缓注入 10mm 水，用 MDATA 命令检查翻斗雨量的分钟测量结果，并进行累加，累加结果应当在 10mm 左右。

2.测试

（1）将主采集器交直流开关断开，自动站设备断电。 （2）拆卸雨量传感器外筒。

（3）翻动雨量传感器翻斗，用数字万用表蜂鸣档测量传感器红、黑接线柱，检查翻斗计数功能是否正常。

（4）用万用表蜂鸣档测主采集器防雷板上“雨量”对应的脚口，翻动雨量传感器翻斗，检查线路联通是否正常。

3.仪器整理

①先断电（先关闭交流电、再关闭直流电），然后进行传感器等部件的拆卸及复位；

②万用表、工具等摆放整齐；

③检查工具是否完整，仪器设备是否完好。 4.维护

（1）调整传感器

33

新仪器(包括冬季停用后重新使用或调换新翻斗)工作一个月后的第一次大雨，应作准确度对比，即将自身排水量与采集值相比。如发现差值超过±4%时，应首先检查干簧管有无漏发或多发信号现象。如确是由于仪器的基点位置不正确所造成时，应作基点调整（一般不轻易动基点）。

调整方法：向外或向里旋动计量翻斗的两个定位螺钉。将一个定位螺钉旋动一圈，其差值改变量为3%左右；如两个定位螺钉都往外或往里旋动一圈，其差值改变量为6%左右。

排水量计数值如差值( ×100% )是-8%时，可将两个定位螺钉都往排水量外旋动4/3圈。如差值是正6%时，可将两个定位螺钉都往里旋动一圈。

为使调节位置准确，在松开定位螺帽前，需在定位螺钉上作位置记号。调节好后，需拧紧定位螺帽。

每一次降水过程将采集值与自身排水总量比较，如多次发现10mm以上降水量的差值超过±4%，则应及时进行检查。必要时应调节基点位置。

（2）检查维护

①仪器每月至少定期检查一次，清除过滤网上的尘沙、小虫等以免堵塞承水口漏斗。夏季雨量筒内部可能结有蜘蛛网，影响翻斗翻转；

②无雨或少雨的季节，可将承水器口加盖，但注意在降水前及时打开； ③结冰期长的地区，在初冰前将感应器的承水器口加盖，不必收回室内；

④翻斗内壁禁止用手或其它物体抹试，以免沾上油污。

⑤定期检查雨量传感器的器身是否稳定、器口是否水平，发现不符合规范要求时应及时纠正。

⑥避免碰撞承雨器的器口，严防器口产生变形。

34

⑦风沙较大的地区，雨量传感器使用一段时间后，翻斗内可能会沉积泥沙，应定期清淤；可用干净的脱脂毛笔刷洗，必要时可加入适量的洗涤剂，然后用清水冲洗干净。

⑧定期检查翻斗翻转的灵活性。发现有阻滞感，应检查翻斗轴向工作游隙是否正常、轴承孔是否有微小的尘沙、翻斗轴是否变形或磨损，并及时采取有效的措施。

⑨严禁往轴承孔内注油、脂或其它所谓润滑材料。

⑩严禁随意调整翻斗下方的调节螺钉。该项调整直接影响计量精度，它要求调教人员有较高的技能水平、熟练程度，还需具备相应的检测手段。

可按下列操作对雨量传感器做常规维护： ①松开地盘两侧的固定螺钉，向上取下外筒； ②从安装板上断开电缆线；

③拿出防堵罩和长过滤网，用清水将外筒、防堵罩和长过滤网冲洗干净，再按原样装好防堵罩和长过滤网；

④小心取出翻斗和短过滤网，用清水冲洗干净后再按原位小心放回，注意不能用手触摸翻斗内壁；

⑤取下出水口上的防虫罩，用清水冲洗干净后装回；

⑥观察传感器底盘上的水平器中的水泡是否居中，通过调整支架底盘上的三个调整螺钉，将传感器调成水平状态；

⑦按原位接好二芯电缆，安装上外筒，拧紧固定螺钉。

4.7注意事项

1.为安全起见，在安装传感器时，应将主采集器交直流开关断开，自动站设备断电。

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2.严禁往轴承孔内注油、脂或其它所谓润滑材料。

3.严禁随意调整翻斗下方的调节螺钉。该项调整直接影响计量精度，它要求调教人员有较高的技能水平、熟练程度，还需具备相应的检测手段。

4.8课堂小结

1.雨量传感器输出为开关通断信号。

2.雨量传感器底座呈水平状态，外筒呈水平状态。 3.只能测量液态降水量、降水强度。

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实习实训5

风向、风速传感器安装、测试、维护

5.1目的要求

1．熟悉风向、风速传感器的工作原理及接线定义； 2．掌握风向、风速传感器的安装方式与基本维护操作；

3．掌握DZZ4和DZZ5两种型号自动站的风向、风速传感器供电方式的区别、输出信号测量点位置，信号输出与传感器状态的关系；

4. 掌握用风向传感器输出信号计算实时风向的算法； 5. 掌握风速信号与风速之间的关系。

5.2学时

2学时

5.3 预习内容

1. DZZ4自动气象站的风向风速传感器结构及工作原理； 2. DZZ5自动气象站的风向风速传感器结构及工作原理； 3．异或逻辑算法、二进制换算十进制。

5.4 设备与工具

1.万用表 2.扳手 3.十字螺丝刀 4.一字螺丝刀

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5.水平尺

5.5 原理与说明

1．EL15风速传感器的工作原理：风速传感器的感应元件为三杯式回转架。当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘（图5.1），使下面的光敏三极管有时接收到上面发光二极管发射的光线而导通，有时接收不到上面发光二极管照射来的光线而截止。这样就能得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。见图5.2。EL15-1 /1A型风速传感器计算风速的公式为

WS=F0+f（F）

图5.1 多齿截光盘实物图图 5.2 风速变换器电原理图

2. ZQZ-TF风速传感器工作原理：风速传感器的感应元件为三杯式回转架，信号变换电路为霍尔开关电路。在水平风力作用下，风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的36只磁体形成18个小磁场，风杯组每旋转一圈，在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加。见图5.3。

V=0.1F 式中V为风速（单位：m/s），F为脉冲频率（单位：HZ）。

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图5.3风速磁棒盘实物图

3.EL15和ZQZ-TF型风向传感器工作原理：风向传感器的感应元件为风向标组件，格雷码盘（见图5.4）固定在风向标的轴上。格雷码盘是由等分的同心圆组成，由内到外分别做21、22……、2n等份，相邻两份做透光和不透光处理，在每一个同心圆上放置一个红外发光管，n个发光管排列在同一个半径上。在码盘下方放置与红外光源一一对应的光电接收管，作为转换器，当光通过码盘的透明部分时，光电接收管接收到的信号为“1”，当光通过码盘的不透明部分时，光电接收管接收到的信号为“0”。见图5.5。当风向标组件随风向旋转时，带动主轴及码盘一同旋转，每转动2.8125°,位于光电器件支架上下两边的七位光电变换电路就输出一组新的七位并行格雷码，经整形电路整形并反相后输出。

需要将格雷码变换成一个二进制的数字信号输出。格雷码变换成二进制码的方法为：二进制码最高位等于格雷码的最高位；二进制码次高位为二进制码最高位与格雷码次高位相异或；其余各位类似。例如，将风向标固定在90°方位，D6‘-D0的格雷码为：0110000，转换成二进制的数字信号为0100000。

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图5.4七位格雷码盘与风向变换器实物图 图5.5 风向变换器电原理图

5.6 内容与步骤

（一）DZZ5 1.安装

图5.6 EL15风传感器实物图

（1）风速传感器安装

拧松位于风速传感器顶部的圆顶螺母，取下垫片，留下橡胶垫圈。将风杯置于传感器顶部，并将风杯中部的销钉插入位于传感器顶部的销孔内，然后垫上垫圈拧紧螺母。注意：拧紧时应手握传感器，不要握风杯。

风速传感器安装在位于风横臂一端的一根外径为48mm长50mm的短管上。因传感器由下部的插头接电，所以管子的内径为36mm。将连接插头与传感器连接，把传感器装入短管上，并拧紧紧固侧顶螺丝。

（2）风向传感器安装

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拧松位于风向传感器顶部的圆顶螺母，留下橡胶垫圈。将风向标置于传感器顶部，并将风向标中部的销钉插入位于传感器顶部的销孔内，然后拧紧螺母。注意：拧紧时应手握传感器，不要握风向标。

风向传感器安装在位于风横臂一端的一根外径为48mm长50mm的短管上。因传感器由下部的插头接电，所以管子的内径为至少38mm。将连接插头与传感器连接，把传感器装入短管上，调整“N”指向正北方向，并拧紧紧固侧顶螺丝。

（3）风横担南北向及水平调节

用指南针调节风横担的南北向，使风横担正南北方向放置，用水平尺调节风横担的水平，调好后固定螺母。

2.测试

（1）将风向风速传感器连线插头插入主采集器“风向风速”插口。 （2）给主采集器加上直流电源供电。

（3）测量风传感器的供电电压U1= ，测试点在防雷板的 脚和 脚。风传感器接线图如下图所示：

图5.7 风传感器接线图

（4）风杯静止时，风速传感器输出电压U2= 伏，风杯转动时，

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风速传感器输出电压U3= 伏。

（5）将风向标固定在90°方位，用万用表测量防雷板FL-01的12-18脚对地电压值，记为V0-V6：V0= ，V1= ，V2= ， V3= ，V4= ，V5= ，V6= ；根据电平高低将V0-V6值转化成格雷码数字信号D6-D0，转化后的D6-D0为 . （参：0110000）按照格雷码转二进制码的方法，将格雷码D6-D0转化为二进制码D6-D0 ，转化后的D6-D0为 。 （参：0100000）

注意：格雷码转二进制码的方法为：二进制码最高位等于格雷码的最高位；二进制码次高位为二进制码最高位与格雷码次高位相异或；其余各位类似。

图5.8 DZZ5 防雷板及主采集器接线图

（6）将二进制码D6-D0，转化为十进制数A= 。 （参：32）

（7）按照公式WD=A×2.8125,计算出当前的风向，WD= 。

（二）DZZ4

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1.安装

（1）风向传感器安装

图5.9 ZQZ-TF型风向传感器

1.风向标杆组件 2.风向轴套 3.防旋夹

4.平衡锤组件 5.指北针 6.挡圈（位置已调好，勿动） 7.固定环（位置已调好，勿动） 8.指北线 风向传感器安装程序（见图5.9）。

①装风向标杆组件。取下防旋夹，将装有尾翼板的风向标沿风向轴套上方箭头方向插入风向轴套的孔内。

②装防旋夹。使已预先固定在风向标杆上的挡圈紧靠风向轴套，装入防旋夹且紧靠风向轴套。

③装平衡锤组件。装入平衡锤组件，风向标杆的最前端应紧靠平衡锤内口的最里端，调整两翼板与壳体的中心线在同一方向，且垂直于大地，

43

锁紧全部螺钉，此时风向组件可达到左右平衡（出厂前已调至平衡位置并已锁紧挡环螺钉）

④装指北杆。位于指北线一侧的固定环螺纹孔中心线，出厂前已与指北线的中心线调在同一平面内，另一固定环螺钉已锁紧，现场安装时只需将指北杆装入此孔，不需任何调试。

（2）风速传感器安装 参照EL15风传感器安装。 （3）组装

将风横臂底座用三个M8×16螺丝固定在风杆顶部，再将风横臂与横臂底座用两个M8×16螺丝固定。

调整风横臂至水平并使其风向安装端朝北（风速朝南），分别把风向传感器（指北针需固定在上面）和风速传感器的电缆分别插入插座后，再安装在风横臂上，旋转调整风向传感器使指北针、风横臂在同一直线上。

接上信号电缆，用防水绝缘胶布包裹好连接处，并将电缆扎紧在横臂上连接处呈弧形状与横臂端相连，不宜过紧，留有余量。（见图5.10）

图5.10 安装风向风速传感器

2.测试

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（1）检测风向风速传感器的供电电压，使用万用表的电压测风速的绿和黑（电源地）两个测点之间的电压为 。

（2）将风向标转至西北偏西WNW方向（正负偏差不超过20度）（测量时可要求裁判协助将风向标稳定在一个位置上），在主采集器测量风向信号D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6的电压值，其电压值分别D0= ，D1= ，D2= ，D3= ，D4= ，D5= ，D6= 该电平信号对应的7位格雷码的编码为 。

（3）该7位格雷码对应的7位二进制码是 。 计算此时的风向值为 （风向的分辨率为2.8125）

（4）在风杯转动时测得风速信号（测点为蓝线和黑线）的输出电压值为，风杯静止时其输出电压值为 。（如使用频率计可以用公式V=0.1f,通过测得的频率直接计算风速）

（三）仪器整理

①先断电（先关闭交流电、再关闭直流电），然后进行传感器等部件的拆卸及复位；

②万用表、工具等摆放整齐；

③检查工具是否完整，仪器设备是否完好。 （四）维护

（1）要保证传感器轴与水平面垂直； （2）保持风杯和风标板不变形；

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（3）经常观察风杯和风向标转动是否灵活、平稳。发现异常时，换用备份传感器并将故障器件邮回上级维修单位；

（4）每年定期维护一次风传感器，检查、校准风向标指北方位； （5）每两年对风向、风速传感器进行1次现场检查、校准，校准方法严格按照中国气象局规定的自动气象站现场校准方法进行。

（6）每年雷暴季节来临前，应对防雷装置进行检测，确保符合防雷规定。

5.7 注意事项

1.测量风向输出信号V0-V6对应着格雷码位D6-D0； 2.万用表量程选择20V直流档位； 3.测试后需将仪器和工具归位；

5.8 课堂小结

1.风向信号可用高低电平测出格雷码，注意测量出的格雷码是从后向前写的；

2.风速信号是高低电平的频率信号，风杯不动时输出信号为5V或0V，风杯转动时只能测出有效电压3.4V左右；

3.风传感器供电只有5V，且是由主采集器进行供电；

4.DZZ4自动站中风向传感器采用的是脉冲供电方式，风向输出信号监测需要先将风向供电端并联在风速供电端。

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实习实训6

蒸发传感器安装、测试、维护

6.1 目的要求

1.熟悉蒸发传感器测量原理及接线定义，熟悉整套蒸发测量系统工作原理。

2.能够正确安装蒸发传感器，并将蒸发传感器与主采集器正确连接，能够对蒸发传感器正确测试并初步判断是否正常。

3.掌握对蒸发测量系统的维护要求与方法。

6.2 学时

2学时

6.3 预习内容

1.蒸发传感器测量原理及接线定义。 2.蒸发传感器的安装和测试方法。 3.蒸发测量系统的维护要求与方法。

6.4 设备与工具

1.蒸发传感器及相关电缆。 2.DZZ4主采集器、电源箱。 3.万用表、工具。

6.5 原理与说明

1.蒸发测量系统组成及测量原理

整套蒸发测量系统由超声波蒸发传感器、不锈钢测量筒、蒸发皿、连

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通器、水圈、百叶箱等组成，如图6.1所示。百叶箱安置在蒸发桶正北方向，百叶箱内放置不锈钢测量筒，蒸发桶和不锈钢测量筒之间用铝塑管和管件等连接，组成一个连通器。蒸发桶的水位和不锈钢测量筒的水位是一致的，不锈钢测量筒上放置超声波传感器，其测量的蒸发量等同于蒸发桶上的蒸发量。

图6.1 蒸发测量系统结构图

2.超声波蒸发传感器测量原理

图6.2 超声波蒸发量传感器结构图

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蒸发传感器通过超声波探头对蒸发桶内水面高度变化进行检测（见图6.2），由公示H=1/2ct得出，H为超声波探头距水面的高度，c为超声波在空气中的传播速度，t为超声波脉冲往返水面高度H所经历的时间。该高度值被转换成电流信号输出。并配置温度校正部分，以保证在使用温度范围内的测量精度。前后两次测得的水位差，即为这一时段内的蒸发量。

6.6 内容与步骤

1.安装

（1）埋放蒸发皿

E-601B型蒸发皿及水圈等均按其规范进行安置，蒸发皿上边沿离地面高300mm，蒸发皿上沿面用水平尺测量保持水平。填埋蒸发皿，周围土壤要压实填平。见图6.3

图6.3 E-601B型蒸发器安装示意图

（2）连接管道

在蒸发皿上边沿向下500mm处，朝向正北做Φ26mm孔，用3/4\" 螺母和O型圈固定联接管，蒸发皿上联接管外接口接φ25PPR管内丝，用φ25PPR管连接至百叶箱混凝土平台中心，就近百叶箱平台处安装 PPR管阀门。如

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图6.4、图6.5。

蒸发百叶箱

阀门

PPR连通管子

蒸发皿

图6.4 蒸发实物布局图

阀门

蒸发安装板

图

6.5蒸发阀门

（3） 安装连通器

将与PPR管熔接好的不锈钢测量筒放置在蒸发安装板上，调节测量筒高度，从而使不锈钢测量筒与蒸发皿组成一个连通器。连通管的两端铺设

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高度不同，测量筒端应比蒸发皿端略高一些。见图6.6。

蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸

图6.6 蒸发连通器布设示意图

调节三个不锈钢水平螺钉使测量筒水平并且高度符合要求后，使用螺母将螺钉紧固在调节板上。调节高度时，要求不锈钢测量筒高水位刻度线和蒸发皿溢流口下沿持平，或不锈钢测量筒上水位刻度线高于蒸发皿溢流口下沿5mm以内。（调节方法是用长乳胶管灌入90％水，二端两个水位线应分别与高水位刻度线，溢流口下沿一致。也可使蒸发皿装满水，分别测量蒸发皿内水位和不锈钢测量筒内水位）。

（4）安置百叶箱

将百叶箱放置在蒸发皿正北已浇铸的平台上，确认百叶箱水平后，四脚用角件和地脚螺丝固定，百叶箱门朝北方。并固定好百叶箱顶。见图6.7。

给蒸发皿和水圈上水后，检查各接头是否渗漏，确认不渗漏后连接管道用土掩埋。

将超声波蒸发传感器罩在不锈钢测量筒上，并拧紧3只固定螺钉。 （4） 连接线缆

按照接线端子上标示的线序颜色，分别将蒸发接线盒中的输入端和输出端线缆插入接线端子中，并将传感器上的电缆与连接自动站一端的蒸发

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电缆对接在蒸发接线盒中。盖上接线盒盖子，拧紧螺丝。

将蒸发传感器与主采集器连接。

蒸发传感器

蒸发测量筒

蒸发接线盒

蒸发安装板

图6.7 蒸发传感器安装示意图

2.测试

安装完成后，对系统进行上电，测试蒸发传感器的工作状态。 DZZ4自动气象站中超声波蒸发传感器输出端串联了一个阻值为125欧的电阻，因此我们选择测试输出电压值，输出电压值在0.5-2.5V之间，对应输出电流为4-20mA即为正常。

（1）对蒸发接线盒内线路电压测试。

打开蒸发接线盒盖子，根据接线图6.8，把万用表红黑表笔探针分别接在电源输入线正负接线端子两端，测试传感器供电电压U1= ；红黑表笔探针分别接在信号输出线正负接线端子两端，测试传感器输出电压U2= 。

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图6.8 蒸发接线盒内接线定义

（2 ）对主采集器上蒸发接入端子线路电压测试。

把万用表红黑表笔探针分别接在工作电源棕黑线上，测试传感器供电电压U1= ；把万用表红黑表笔探针分别接在主采集器蒸发端子白蓝线上，即传感器输出线，测试输出电压U2= 。

（3）仪器整理

①先断电（先关闭交流电、再关闭直流电），然后进行传感器等部件的拆卸及复位；

②万用表、工具等摆放整齐；

③检查工具是否完整，仪器设备是否完好。 3.维护

（1）蒸发传感器用水的要求：应尽可能用代表当地自然水体(江、河、湖)的水，在取自然水有困难的地区，也可使用饮用水(井水、自来水)；器内水要保持清洁，水面无漂浮物，水中无小虫及悬浮污物，无青苔，水色无显著改变；一般每月换一次水。蒸发传感器换水时应清洗蒸发桶，换入水的温度应与原有水的温度相接近。

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（2）每年在汛期前后（长期稳定封冻的地区，在开始使用前和停止使用后），应各检查一次蒸发器的渗漏情况等；如果发现问题，应进行处理。调节高度时，要求不锈钢测量桶高水位刻度线和蒸发桶溢流口下沿持平，或不锈钢测量桶高水位刻度线高于蒸发桶溢流口下沿5mm以内。

（3）冬季结冰期停止观测，应将蒸发桶内的水汲净，以免冻坏。 （4）水圈内的水面应与蒸发桶内的水面接近。

（5）当水位即将高于不锈钢测量桶高水位刻度线（或即将接近蒸发桶溢流口）时，应及时将蒸发桶内的水舀出。

（6）当水位即将低于不锈钢测量桶低水位刻度线（或即将低于溢流口向下10cm刻度线）时，应及时向蒸发桶内加水。

6.7 注意事项

1.安装、拆卸蒸发传感器时应在断电的条件下进行。 2.测量时，注意选择万用表正确的档位。

6.8 课堂小结

1.蒸发传感器正常工作状态下供电电压为9-15V，输出电流为4-20mA，对应的水位为100-0mm。

2.对蒸发传感器进行测试，可以测量输出电压值，通过计算转换为输出电流值。

实习实训7

能见度传感器安装、测试、维护

7.1目的要求

1.了解能见度传感器的结构和基本工作原理 2.掌握能见度传感器的安装、测试以及维护方法

7.2学时：2学时 7.3预习内容

1.数字万用表的使用方法 2.能见度传感器的结构

7.3设备与工具

1.能见度传感器 2.数字万用表 3.工具箱

7.5原理与说明

1.能见度即气象学意义上的MOR值，是由大气中悬浮的微小颗粒物（烟雾、灰尘、浓雾、雨、雪）散射光线强弱所决定的。散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器。它利用光的散射原理，在发送端发出一束红外光，经过空气中的空气分子、气溶胶粒子、雨雾滴等微粒时发生散射，接收端收到散射光后将光强转化为电信号，通过专门的算法得出散射系数，根据式P1。 ln3/计算气象光学能见度（MOR）

0.0512.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

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分组成（见图7.1）。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**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特定方向的前向散射光强度值，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。

1.发射机 2.控制器/接收机 3. RainCap感应面板 4.内置Pt100温度传感器

5.抱箍 6.加热器（选配） 7.照度传感器预留位置（选配）

图 7.1 前向散射能见度仪

7.6内容与步骤

1.安装

当前向散射能见度仪安装在观测场内时，应在观测场西北角。能见度传感器发射单元与接收单元之间不应有障碍物遮挡，能见度仪接收端和发射端分别在南北方向，接收器在南测，发射器在北侧。避免光学系统朝向强光源，和朝向诸如雪或沙之类的反射表面，高纬度地区要加遮光罩。采样区中心高度2.8m(±0.1m)。将能见度连接线一端与能见度传感器控制器/

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接收机插口连接，另一端与主采集器“能见度”插口连接。见图7.2。

图7.2 能见度仪安装实景图

2.测试

（1）断开主采集器交直流供电。

（2）将能见度连接线一端与能见度传感器控制器/接收机插口连接，另一端与主采集器“能见度”插口连接。

（3）合上主采集器直流刀开关与交流空气开关，再合上能见度交流空气开关，给能见度传感器24伏直流供电与24伏交流加热供电。

（4）用万用表测量导轨接线排34、35脚电压U1= 伏；用万用表交流档测量导轨接线排29、30脚电压U2= 伏。

（5）进入台站地面综合观测业务软件（SMO）主界面，记录下当前的能见度值，VI= 。

3.仪器整理

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①先断电（先关闭交流电、再关闭直流电），然后进行传感器等部件的拆卸及复位；

②万用表、工具等摆放整齐；

③检查工具是否完整，仪器设备是否完好。 4.维护

能见度自动观测仪器投入运行以后，应做好日常巡视、维护和现场校准等工作。

（1）守班期间，每个正点前10分钟应查看能见度自动观测数据。发现数据错误或异常应及时处理，启动维护或维修程序。

（2）每日日出后和日落前巡视能见度仪，发现能见度仪（尤其是采样区）有蜘蛛网、鸟窝、灰尘、树枝、树叶等影响数据采集的杂物，应及时清理（可在基座、支架管内放置硫磺，预防蜘蛛）。及时清除太阳能板上的灰尘、积雪等。

（3）无线传输的能见度仪器，每月定期检查无线通讯卡上的费用，提前充值。

（4）每月检查供电设施，保证供电安全。每三个月要对蓄电池进行充放电一次。

（5）每年春季对防雷设施进行全面检查，复测接地电阻。 （6）每两个月对无人值守的能见度站进行现场检查维护。 （7）一般每两个月定期清洁传感器透镜，可根据设备附近环境的情况，延长或缩短擦拭镜头的时间间隔（遇沙尘、降雪等影响能见度天气现象时，应及时清洁）。

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7.7注意事项

1.能见度传感器在安装时，发射器与接收器之间不能有障碍物阻挡。 2.在北半球安装能见度传感器时应注意，发射器在北，接收器在南。 3.将能见度传感器与主采集器连接前，应将主采集器交直流供电断开。

7.8课堂小结

1.气象部门的能见度测量仪器普遍使用前向散射式能见度仪，通过专门的算法得出散射系数，根据式P（MOR）。

2.在北半球安装能见度传感器时应注意，发射器在北，接收器在南。 3.能见度自动观测仪器投入运行以后，应按要求做好日常巡视、维护和现场校准等工作。

1ln3/计算气象光学能见度0.05159

实习实训8

光纤收发器的安装、自动气象站运行状态检查

8.1目的要求

1.掌握两种型号自动站光纤收发器的安装方法；

2.熟悉自动气象站主采集器、各分采集器运行指示灯状态的含义； 3.掌握重要的自动气象站终端调试命令和返回的数据格式。

8.2学时

2学时

8.3设备与工具

1.光纤收发器一对 2.10米光纤 3.主采集器 4.温湿度智能分采 5.地温分采

8.4原理与说明

1.使用多模光纤进行数据传输，传输距离可达5KM，且信号传输抗干扰性强、安全性好、不受环境影响，是目前自动气象站广泛采用的一种信号传输方式。光纤收发器是将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的装置，配对使用，一个安装在采集器内，另一个放在室内，与业务计算机相连。见图8.1、8.2。

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图8.1 自动气象站光纤通讯

图8.2 光纤收发器实物图

2.光纤通信模块的指示灯有PWR、Fiber Tx、Fiber Rx三个，见图8.2。 3.自动气象站主采集器指示灯有RUN和CF卡状态灯，见图8.3、8.4。掌握指示灯状态，即可了解设备运行情况。

图8.3 DZZ4主采集器指示灯 图8.4 DZZ5主采集器指示灯 4.温湿度分采集器（DZZ4）指示灯有运行、CANR、CANE三个，见图8.5。掌握指示灯状态，即可了解设备运行情况。

图8.5 DZZ4温湿度分采集器指示灯

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4.地温分采集器（DZZ4型）指示灯有RUN、COM、CANR、CANE四个（见图8.6），地温分采集器（DZZ5型）指示灯有SYS、CAN-T、CAN-R三个。掌握指示灯状态，即可了解设备运行情况（见图8.7）。

图8.6 地温分采集器（DZZ4型）指示灯

图8.7 地温分采集器（DZZ5型）指示灯

8.5 内容与步骤

（一）DZZ5 1.光纤收发器的安装

（1）主采集器终端输出至防雷板，由防雷板45、46、47、48、49脚连接至主采集箱内光纤收发器的Rx、Tx、GND、V-、V+端。

图8.8主采集箱内光纤收发器接线图

（2）将光纤线的一段A、B通过主采集器面板的尾纤孔（见图8.9）穿到主采集器内，与光纤收发器Tx、Rx端相连（见图8.10）。

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图8.9 DZZ5自动气象站主采集器面板

图8.10 DZZ5自动气象站主采集器内光纤收发器接线

图8.11 光纤交叉连接示意图

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（3）将光纤线的另一端A、B接到室内光纤收发器的Rx、Tx端，如图8.11。光纤收发器的端口V-、V+与电源适配器连接，Tx、Rx、GND端口与计算机串口连接。

2.运行状态检查 （1）主采集器指示灯 ①系统指示灯（秒闪）

供电后主采集器需一分钟自检时间，自检完成后有声音提示，指示灯常亮，后秒闪，系统正常运行。

②CF卡指示灯

正确插入CF卡时指示灯常亮，无CF卡时指示灯不亮。 （2）光纤通信指示灯

检查光纤通信模块上的指示灯是否正常。 ①PWR指示电源正常，通电后常亮。

②Fiber Tx指示模块正在通过光纤发数据，发送数据时闪烁一次。 ③Fiber Rx指示模块正在通过光纤收数据，接收数据时闪烁一次。 （3）地温分采指示灯

①系统运行指示灯（sys），常亮。 ②CAN-R指示灯，接收数据时闪烁一次。 ③CAN-T指示灯，发送数据时闪烁一次。 （4）运行状态命令

串口设置SETCOM，9600，N，8，1 主板温度MACT 基础信息baseinfo

供电状态PSS

（二）DZZ4

1.光纤收发器的安装

（1）光缆中有几对光纤，应挑选和主采集箱相同编号的一对插到主采集器面板上光纤通信口的“光纤发”、“光纤收”插座上（见图8.12），其余作为备用。方法是：将光纤插头上的槽口对准机箱上光线插座的定位点，轻轻用力向内顶，顶到位后，顺时针旋转1/4圈，即可将光纤插头锁紧（见图8.13）。

图8.12 DZZ4自动气象站主采集器面板

图8.13 光纤连接方法

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（2）将光纤线的另一端接到室内光纤收发器的光纤收、光纤发端，交叉连接如图8.11。将光纤通信盒的RS232电缆插到计算机的串口上。

2.运行状态检查 （1）主采集器指示灯

①RUN指示灯

采集器上电后，RUN指示灯状态变化过程如下： 无CF卡：1→2→3 有CF卡：1→2→6→5→3 ② CF卡指示灯

指示灯平时不亮，只有在采集器对CF卡进行读写操作时，才会点亮。在该指示灯点亮期间，不应当拔下CF卡，以免丢失数据。

（2）地温分采指示灯

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①系统运行指示灯RUN，常亮

②发送数据指示灯COM，发送数据时闪烁一次 ③接收数据指示灯CANR，常亮

④传输错误指示灯CANE，数据传输错误时闪烁。 （3）温湿分采指示灯 ①BTH运行指示灯，常亮。 ②CANR指示灯，常亮。

③CANE错误指示灯，通讯错误，闪烁。 （4）运行状态命令同DZZ5

8.6 注意事项

1.光纤收发器收口与发口相对应，安装光纤时应注意收发一根线。 2.光纤头部勿弯折、挤压，会造成信号传输故障。 3.除个别命令外，DZZ4和DZZ5调试命令基本一致。

8.7 课堂小结

两种型号自动气象站使用的光纤收发器型号一致，但是接线方法略有差别。DZZ4自动气象站使用的外部光纤收发器有的密封盒，只需要接上光纤，而DZZ5自动气象站则没有，需要按照接线图接到冷压端子上。

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