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称重式降水传感器的工作原理与使用维护

作者:陈有庭 发布日期:2021-12-02 16:37:29 阅读量:63

1、引言

      固态称重式降水传感器基于载荷测量技术原理设计,由硬件和处理软件组成,硬件包括称重传感器、处理单元、安装基座和防风圈等构成。其中称重传感器包括带雨、雪入口的保护罩,装雨、雪的集水桶和振弦式称重传感器。它具有自动监测,无内部加热,内部无可移动部分,安装方便和维护简单,可长期在野外应用,可以自动计算出降水强度,还可以根据需要设置间隔时间进行实时观测,可达到每分钟测量数次的观测密度。一般应用于气象预报,道路监控、机场、能源公司,雪崩预报以及农业研究。

2、称重式降水传感器工作原理

      收集降水的集水桶经称重单元悬挂在圆柱体支座的上法兰盘上,集水桶内的降水由称重单元进行称重。根据称得的降水重星即可换算成降水量。称重单元是利用内部的振动金属线被测量重物(降水)拉紧的程度来称重,称得的重量由输出的频率量来表示。该频率量为0 ~ 5V的方波信号,使信号很容易传输。在连续测量时,用本次测得的降水量减去前次测得的降水量即可得到两次测量间隔间的实际降水量。

2.1系统配置组成

      称重式降水传感器的硬件可分成称重单元、处理单元和外围组件,可以输出脉冲信号接入现有自动气象站,也可以作为智能传感器挂接在其它采集系统上。

3、称重单元

      称重单元是该降水传感器的重要组成部分,主要由载荷元件和信号变换电路组成,载荷元件是称重单元的核心,通过对重量变化的快速响应测量降水。称重单元通过温度补偿、数字滤波等技术达到全量程范围内的降水准确测量。

3.1载荷单元

      根据载荷元件测量原理来分,载荷单元测量技术采用的是振弦技术:以弦丝为弹性原件,根据其重量与振动频率的对应关系,通过相应的测量电路得到重量。振弦载荷单元通过测量输出的频率值,可由给出的公式计算出降水(雪)量。固态称重式降水传感器的载荷单元是由三只振弦组成,以确保在一根振弦出现故障的情况下数据记录仍然可以持续进行;同时也保证了该传感器在轻微偏离水平面的情况下测量数据不会受到影响。

3.2信号变化电路

      信号变换电路的作用是将载荷元件测得的信号进行转换,再通过温度修正处理后,得到重量数据。

3.3处理单元

      处理单元由中央处理器、时钟电路、数据存储器、接口、控制电路等部分构成。其主要功能是对称重单元的信号进行采样,并对采样值进行数据运算处理,计算出分钟降水量和累计降水量,并实现质量控制、记录存储,实现数据通信和传输。存储的数据量不少于90天,数据存储器具备掉电保存功能。

      处理单元既满足了现行气象观测业务要求,能够输出脉冲量,接入现有自动气象站,又符合智能气象传感器的发展趋势,能够输出数字信号,接入新型自动气象站。因此,该降水传感器应同时具有RS-232 (或RS-485)通讯接口和脉冲输出接口。

      通过在RS-232口上接入无线或有线传输模块,可以实现数据远程传输功能。处理单元的主要特点:三个频率输入通道,频率采样范围至少0-4000Hz,每秒误差不大于1Hz,分钟平均误差不大于0.5Hz。-个脉冲输出通道,用于雨量脉冲的输出,需要采集主板温度和输入电压。三个通讯口,其中-个RS-232作为调试口,一个RS-232作为通讯口,另一个RS- -485作为远距离通讯接口。存储器存储至少3个月的分钟数据,CPU采用ARM7系统。

4、维护称重式传感器

      拿取传感器时务必小心,谨防碰撞、震动。传感器下部有运输保护螺钉,在运输和进行维护时要拧紧该保护螺钉,以免损坏内部的振动弦线。工作时再拧松保护螺钉。要注意保证安装好的称重悬挂机构能自由地活动。

      每年至少检查2次称重式降水传感器,随时根据需要对集水桶进行清桶。尤其是雨水多的地区,要及时清桶(累计降水超过200mm时),否则会造成数据的缺失, 对传感器的稳定性也不利;清空或减少集水桶内液体时,需要给传感器断电,以保证数据的准确性,否则会导致出现错误数据。首先松开锥形外罩下部的3个锁紧螺丝,逆时针旋转一下, 再向上提起,取下锥形外罩;用虹吸泵将集水桶内的降水和防冻混合液抽吸到放在集水桶下方的容器内;在无虹吸泵的情况下可用手工取出集水桶的办法来清空集水桶,取出集水桶一定要小心,避免冲击传感器而使其负荷过载;禁止用嘴吮吸的方法将集水桶内的液体引流出来。清空集水桶后,桶的位置跟上次几乎-样,检查- -下水平状态;重新上电后,按要求添加航空液压油,如果是冬季,需要添加防冻液;确保使传感器处于工作状态;谨慎地罩上降水口锥形罩,落入 卡扣,顺时针旋转-下, 拧紧锥形罩下部的3个锁紧螺栓。

4.1更换称重式固态降水传感器

      取下降水口锥形罩,小心地提出集水桶;拧紧传感器上运输保护螺钉;从接线器上断开传感器的导线;从集水桶支撑盘上取下S形钩子;从调节螺钉上拧下滚花螺母;从上法兰盘方孔中向下取出传感器。使用新传感器后要相应地重新安装新的数据处理降水测量软件,使软件内计算降水量公式中的参数相应地换成新传感器所带校准卡中给出的值。

5.结语

      固态称重式降水传感器是一种可以长期在野外使用并自动测量降雨和降雪的设备,目前,在我省新型自动站地面观测中发挥着重要的作用,在气象防灾、减灾方面也有着广泛的应用前景。

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