前向散射能見度儀功能規(guī)格需求書(印發(fā))

1、附件前向散射能見度儀功能規(guī)格需求書（試行）中國氣象局綜合觀測司2011-4 TOC o 1-5 h z 1前言1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1編寫目標(biāo)和原則1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.2編寫依據(jù)12基本原理12.1定義1 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 2.2測量原理2 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 3組成結(jié)構(gòu)2 HYPERLINK l bookmark47 o Cur

2、rent Document 3.1傳感器部分3 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3.2數(shù)據(jù)采集部分3 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 3.3外圍設(shè)備3 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 4功能要求3 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 4.1數(shù)據(jù)采集3 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 4.2數(shù)據(jù)處理34.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)3 HYPERLINK l b

3、ookmark72 o Current Document 4.4數(shù)據(jù)傳輸4 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 4.5數(shù)據(jù)質(zhì)量控制44.6終端操作命令4 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 4.7加熱5 HYPERLINK l bookmark115 o Current Document 5技術(shù)要求55.1測量要求5 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 5.2傳感器要求6 HYPERLINK l bookmark149 o Current Docu

4、ment 5.3可靠性要求7 HYPERLINK l bookmark152 o Current Document 5.4電源7 HYPERLINK l bookmark155 o Current Document 5.5功耗7 HYPERLINK l bookmark158 o Current Document 6其他要求7 HYPERLINK l bookmark161 o Current Document 6.1文件要求76.2電磁兼容76.3工作環(huán)境適應(yīng)性86.4電源安全性9 HYPERLINK l bookmark212 o Current Document 6.5防雷106.6結(jié)構(gòu)

5、和外觀10 HYPERLINK l bookmark228 o Current Document 7前向散射能見度儀的檢測101前言1.1編寫目標(biāo)和原則隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，氣象監(jiān)測能力不斷提高，社會(huì)對天氣預(yù)報(bào)、氣象 監(jiān)測和災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力的需求日益提高。目前氣象能見度要素仍然依靠人 工目測進(jìn)行觀測，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)（高速公路、航空等）和科學(xué)研 究的需要。給出能見度自動(dòng)探測設(shè)備的指導(dǎo)性要求，有利于推進(jìn)我國能見度要素觀測的 自動(dòng)化進(jìn)程，從而提升氣象觀測能力和準(zhǔn)確度，滿足氣象業(yè)務(wù)、公共服務(wù)、專業(yè) 服務(wù)需求。1.2編寫依據(jù)1）地面氣象觀測規(guī)范2）氣象儀器和觀測方法指南（第七版）2基本

6、原理2.1定義2.1.1氣象光學(xué)視程（MOR）白熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5% 所通過的路徑長度。2.1.2亮度對比目標(biāo)物的亮度與其背景亮度之差同背景亮度之比值。2.13對比閾值人眼能察覺的最小亮度對比。2.1.4白天氣象能見度指視力正常（對比閾值為0.05）的人，在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景 中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物（黑色、大小適度）的最大距離。2.1.5夜間氣象能見度按如下兩種方式定義:a）假定總體照明增加到正常白天水平，適當(dāng)大小的黑色目標(biāo)物能被看到和辨 認(rèn)出的最大距離；b）中等強(qiáng)度的發(fā)光體能被看到和識別的最大水平距離。2.1.6消光系數(shù)色溫為2700

7、K的白熾光源發(fā)出的平行光束經(jīng)過大氣中單位距離的路徑損失 的那部分光通量。2.1.7發(fā)現(xiàn)距離能見度目標(biāo)物處于“模糊可見”光學(xué)狀態(tài)時(shí)的距離，此時(shí)觀測員觀測目標(biāo)物 與背景的亮度視覺對比感閾為0.05。2.1.8消失距離能見度目標(biāo)物處于即將消失光學(xué)狀態(tài)時(shí)的距離，此時(shí)觀測員觀測目標(biāo)物與背 景的亮度視覺對比感閾為0.02。2.2測量原理當(dāng)前向散射角在20。50度范圍時(shí)，不論是濃度改變還是粒徑分布不同， 同一散射角的散射強(qiáng)度和消光系數(shù)總成正比。前向散射能見度儀由發(fā)射器和接收器組成，采用前向散射法，取前向散射角 25。45。之間。由接收器接收到的散射光的強(qiáng)度，計(jì)算被采樣大氣的消光系數(shù) 0。根據(jù)柯西米德定律計(jì)算

8、氣象光學(xué)視程（M0R）M0R=-ln（ e）/o式中：MOR氣象光學(xué)視程，8為對比閾值，。為消光系數(shù)。當(dāng) e=0.05 時(shí)：M0R=2.996/ o3組成結(jié)構(gòu)前向散射能見度儀由傳感器、數(shù)據(jù)采集、外圍設(shè)備等部分組成。傳感器部分 和數(shù)據(jù)采集部分可以通過電纜直接連接，也可以通過室外接線盒連接。3.1傳感器部分傳感器部分包括發(fā)射器、接收器和控制處理器等。3.2數(shù)據(jù)采集部分?jǐn)?shù)據(jù)采集部分指數(shù)據(jù)采集箱，內(nèi)含接口單元、中央處理單元、存儲(chǔ)單元和顯 示單元等。若有室外接線盒，則室外接線盒也屬于數(shù)據(jù)采集部分。數(shù)據(jù)采集箱可以安裝在室內(nèi)，也可以安裝在室外。3.3外圍設(shè)備包括終端微機(jī)和不間斷電源。4功能要求4.1數(shù)據(jù)采集

9、對傳感器按預(yù)定的采樣頻率進(jìn)行掃描和將獲得的電信號轉(zhuǎn)換成微控制器可 讀信號，得到氣象變量測量值序列；對氣象變量測量值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使傳感器輸出 的電信號轉(zhuǎn)換成氣象單位量，得到采樣瞬時(shí)值。4.2數(shù)據(jù)處理對采樣瞬時(shí)值，根據(jù)規(guī)定的算法，計(jì)算出瞬時(shí)氣象值（分鐘）。計(jì)算出氣象 觀測需要的統(tǒng)計(jì)量，如一個(gè)或多個(gè)時(shí)段內(nèi)的極值數(shù)據(jù)、專門時(shí)段內(nèi)的總量、不同 時(shí)段內(nèi)的平均值以及累計(jì)量等。將采樣瞬時(shí)值數(shù)據(jù)、瞬時(shí)氣象值（分鐘）數(shù)據(jù)、 小時(shí)正點(diǎn)數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，同時(shí)形成相應(yīng)數(shù)據(jù)文件實(shí)時(shí)寫入 終端微機(jī)。4.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)4.3.1采集器存儲(chǔ)器1小時(shí)的采樣瞬時(shí)值、7天的瞬時(shí)氣象（分鐘）值、1月的正點(diǎn)氣象要素值。 數(shù)據(jù)存

10、儲(chǔ)可以使用循環(huán)式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，即允許最新的數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)。采集器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存貯器應(yīng)具備掉電保存功能。4.3.2終端微機(jī)終端微機(jī)是最常用的存儲(chǔ)設(shè)備。在微機(jī)的磁盤存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)全部需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，包括經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)、 人工輸入數(shù)據(jù)、質(zhì)量控制情況信息（內(nèi)部管理數(shù)據(jù)）等。4.4數(shù)據(jù)傳輸傳輸方式為RS-232和RS-485兩種。采集器與終端微機(jī)間的信號傳輸距離應(yīng)不小于200 m。在規(guī)定的傳送距離之 內(nèi)，信號傳送質(zhì)量不應(yīng)因改變線纜的長度而降低。4.5數(shù)據(jù)質(zhì)量控制能見度數(shù)據(jù)質(zhì)量控制應(yīng)符合第二代自動(dòng)氣象站功能規(guī)格書中相關(guān)規(guī)定。4.6終端操作命令4.6.1監(jiān)控操作命令監(jiān)控操作命令至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：a）設(shè)置或讀取

11、數(shù)據(jù)采集器的通訊參數(shù)；b）讀取數(shù)據(jù)采集器的基本信息；c）數(shù)據(jù)采集器自檢；d）設(shè)置或讀取數(shù)據(jù)采集器日期；e）設(shè)置或讀取數(shù)據(jù)采集器時(shí)間；f）設(shè)置或讀取氣象觀測站的區(qū)站號；g）設(shè)置或讀取氣象觀測站的緯度；h）設(shè)置或讀取氣象觀測站的經(jīng)度；i）讀取數(shù)據(jù)采集器機(jī)箱溫度；j）讀取數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。4.6.2數(shù)據(jù)質(zhì)量控制參數(shù)操作命令數(shù)據(jù)質(zhì)量控制參數(shù)由采集器嵌入式軟件確定，可由用戶設(shè)置的操作命令應(yīng)包 括傳感器測量范圍值和要素的質(zhì)量控制項(xiàng)的內(nèi)容。a）設(shè)置或讀取傳感器測量范圍值；b）設(shè)置或讀取要素質(zhì)量控制參數(shù)。4.6.3觀測數(shù)據(jù)操作命令觀測數(shù)據(jù)操作命令至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：a）下載分鐘數(shù)據(jù)；b）下載十分鐘數(shù)據(jù)；

12、c）下載小時(shí)數(shù)據(jù)；d）讀取采樣數(shù)據(jù)；e）下載數(shù)據(jù)文件。4.6.4報(bào)警操作命令報(bào)警操作命令至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：a）設(shè)定氣象閾值，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，具備報(bào)警解除功能，例如：低能見度報(bào)警等；b）傳感器、采集器出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)報(bào)警；c）感應(yīng)傳感器鏡頭是否有污染，并根據(jù)污染程度提供報(bào)警；d）通信中斷超過規(guī)定時(shí)限后，終端微機(jī)應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號。4.7加熱根據(jù)天氣情況，對鏡頭進(jìn)行加熱防止鏡頭表面結(jié)露、結(jié)霜、積雪等。5技術(shù)要求5.1測量要求5.1.1測量范圍10m30km （及以上）。5.1.2準(zhǔn)確度W1.5km，10%；1.5km，20%。5.1.3輸出數(shù)值每分鐘輸出瞬時(shí)氣象（分鐘）值和10分鐘平均值。a）瞬時(shí)氣象（

13、分鐘）值為代數(shù)平均M yiY = 4m式中：亍一一觀測時(shí)段內(nèi)氣象變量的平均值；七一一觀測時(shí)段內(nèi)第，個(gè)氣象變量的采樣瞬時(shí)值（樣本），其中，“錯(cuò)誤”、 “可疑”等非“正確”的樣本應(yīng)丟棄而不用于計(jì)算，即令七=0 ；N觀測時(shí)段內(nèi)的樣本總數(shù)，由“采樣頻率”和“平均值時(shí)間區(qū)間”決定;m 觀測時(shí)段內(nèi)“正確”的樣本數(shù)（m N）。b）10分鐘平均值10分鐘平均值每分鐘輸出一次，是在瞬時(shí)氣象（分鐘）值基礎(chǔ)上的加權(quán)滑 動(dòng)平均。5.2傳感器要求5.2.1主散射角2545。5.2.2光源波長近紅外或紅外。5.2.3采樣體積接收視場應(yīng)大于發(fā)射波束寬度，采樣體積一般不小于0.8L。5.2.4采樣區(qū)中心高度國家級氣象觀測臺站

14、能見度儀采樣區(qū)中心高度定為2.8m。各類專業(yè)服務(wù)觀測站建設(shè)的能見度儀采樣中心高度為2.0m-3.0m。推薦公路 交通氣象站能見度儀采樣中心高度約為2.8m。5.2.5調(diào)制頻率不少于100Hz。5.2.6采樣頻率不少于每分鐘4次。5.3可靠性要求產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和驗(yàn)證工作。平均故障間隔時(shí)間（MTBF）大于3600小時(shí)。5.4電源單相交流供電：電壓220V（10%），頻率50Hz（6%）；直流供電：電壓12V（5%）。5.5功耗非加熱狀態(tài)，不大于30W；加熱狀態(tài)，-25C以上時(shí)不大于30W +100W；加熱狀態(tài)，-45C以上時(shí)不大于30W +300W；6其他要求6.1文件要求隨同前向散射

15、能見度儀應(yīng)提供含有下述內(nèi)容的文件：產(chǎn)品檢測合格證書；技術(shù)說明書；操作使用和維護(hù)維修手冊。從上述文件應(yīng)能夠獲得技術(shù)幫助及制造廠或供貨方的名稱、地址和盡可能多 的通訊聯(lián)系方式。6.2電磁兼容6.2.1靜電放電抗擾度要求前向散射能見度儀的靜電放電抗擾度應(yīng)滿足GB/T17626.2-1998中規(guī)定的等 級4的要求。對操作人員可能觸及的點(diǎn)和表面施加8kV或15kV空氣放電，在放電和放電 衰減期，允許前向散射能見度儀超差工作，但在放電衰減之后應(yīng)自行恢復(fù)到正常 工作狀態(tài)；在放電中和放電后儲(chǔ)存的程序不能有變化，不能改變狀態(tài)。6.2.2射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)前向散射能見度儀的射頻電磁場抗擾度應(yīng)滿足GB/T17

16、626.3-1998中規(guī)定的 等級3要求。將前向散射能見度儀置于頻率范圍為80MHz1GHz、射頻電磁場場強(qiáng)度為 10V/m的環(huán)境工作時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)故障，并應(yīng)符合前向散射能見度儀技術(shù)條件的要 求。6.2.3浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)前向散射能見度儀的浪涌（沖擊）抗擾度應(yīng)滿足GB/T17626.5-1999中規(guī)定 的等級4的要求，在浪涌沖擊過后儀器應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常工作。注1：浪涌試驗(yàn)的浪涌電壓、電壓波形及源阻抗要求如下：a）對前向散射能見度儀的電源線一線間施加2kV、對線一地施加4kV的一 個(gè)1.2/50US的浪涌電壓（浪涌電流為8/20US）,信號源內(nèi)阻為12Q；b）對通信接口的非屏蔽信號線一地間施

17、加4kV，線一線間施加2kV浪涌電 壓，信號源內(nèi)阻為42Q，長距離通信（如RS-485接口）的波形為10/700US， 短距離通信（如RS-232接口）的波形為1.2/50US。c）通信接口的屏蔽信號線的試驗(yàn)配置見GB/T 17626.5-1999中的7.5條， 浪涌電壓為4kV，波形為1.2/50US。注2：浪涌（沖擊）抗擾度即為防雷要求。6.3工作環(huán)境適應(yīng)性6.3.1氣候環(huán)境6.3.1.1產(chǎn)品在以下環(huán)境下應(yīng)正常工作：a）環(huán)境溫度：一45弋50弋b）相對濕度：10%100%RHc）大氣壓力：450hPa1060hPad）太陽輻射:1120w/m2e）抗風(fēng)能力：W75m/sf）降水強(qiáng)度：6 m

18、m/min6.3.1.2產(chǎn)品在以下環(huán)境貯存后，應(yīng)正常工作：a）環(huán)境溫度：一50弋60弋b）相對濕度：95%RH6.3.2生物條件應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆烂咕胧?，但除非使用在特殊的環(huán)境條件或使用方有要求 時(shí)，不必通過長霉試驗(yàn)來鑒定其抗霉菌能力。應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆乐箘?dòng)物損壞措施，如鼠咬、蟻啃等。6.3.3化學(xué)活性物質(zhì)工作在正常大氣條件下的前向散射能見度儀，應(yīng)在材料、表面涂覆和工藝上 采取相應(yīng)的措施，使其具有一定的抗化學(xué)活性物質(zhì)危害的能力。用于沿海、海島等環(huán)境的前向散射能見度儀，必須考慮大氣中鹽霧對前向散 射能見度儀的影響，在材料、表面涂覆和工藝上采取必要的措施，使其具有足夠 的抗化學(xué)活性物質(zhì)危害的能力，在產(chǎn)品

19、壽命期內(nèi)不致因腐蝕而引起產(chǎn)品的失效。 鹽霧試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)不少于48小時(shí)，其他試驗(yàn)條件符合有關(guān)行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。6.3.4機(jī)械條件在產(chǎn)品規(guī)定包裝條件下正弦穩(wěn)態(tài)振動(dòng)：位移1.5mm加速度5 m/s2頻率 29Hz ； 9200Hz非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)（沖擊）：峰值加速度40 m/s2自由跌落：高度0.25m在產(chǎn)品規(guī)定包裝條件下，傾跌角度：306.4電源安全性6.4.1絕緣電阻使用市電的前向散射能見度儀，在電源的初級電路和機(jī)殼絕緣電阻不小于 2MQ。6.4.2泄漏電流使用市電的前向散射能見度儀泄漏電流值不得超過3.5mA。6.4.3抗電強(qiáng)度使用市電供電的前向散射能見度儀，電源的初級電路和機(jī)殼間應(yīng)能承受幅 值1500V,電流5mA的沖擊耐壓試驗(yàn)，歷時(shí)一分鐘，試驗(yàn)中不應(yīng)出現(xiàn)飛弧和擊穿