自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)主要內(nèi)容概述結(jié)構(gòu)及工作原理硬件軟件采集與算法自動(dòng)氣象站網(wǎng)§1自動(dòng)氣象站

——概述自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，從狹義上說(shuō)是指自動(dòng)氣象站，從廣義上說(shuō)是指自動(dòng)氣象站網(wǎng)。自動(dòng)氣象站是一種能自動(dòng)地觀測(cè)和存儲(chǔ)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的設(shè)備。如果需要，可直接或在中心站編發(fā)氣象報(bào)告，也可以按業(yè)務(wù)需求編制各類(lèi)氣象報(bào)表。自動(dòng)氣象站網(wǎng)由一個(gè)中心站和若干自動(dòng)氣象站通過(guò)通信電路組成。自動(dòng)氣象站自動(dòng)氣象站的分類(lèi)：按提供數(shù)據(jù)的時(shí)效性實(shí)時(shí)自動(dòng)氣象站非實(shí)時(shí)自動(dòng)氣象站

能按規(guī)定的時(shí)間實(shí)時(shí)提供氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)氣象站

只能定時(shí)記錄和存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)，但不能實(shí)時(shí)提供氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)氣象站根據(jù)對(duì)自動(dòng)氣象站人工干預(yù)情況有人自動(dòng)站無(wú)人自動(dòng)站§1自動(dòng)氣象站

——概述§2自動(dòng)氣象站

——結(jié)構(gòu)及工作原理基本結(jié)構(gòu)自動(dòng)氣象站由硬件和系統(tǒng)軟件組成,硬件包括傳感器,采集器,通訊接口,系統(tǒng)電源,計(jì)算機(jī)等,系統(tǒng)軟件和地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件.現(xiàn)用自動(dòng)氣象站主要采用集散式和總線式兩種體系結(jié)構(gòu).通過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)工程量→物理量可視化顯示分發(fā)系統(tǒng)工作原理

§2自動(dòng)氣象站

——結(jié)構(gòu)及工作原理主要功能⑴自動(dòng)采集氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、蒸發(fā)量、日照、輻射、地溫等全部或部分氣象要素⑵按業(yè)務(wù)需求通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入人工觀測(cè)數(shù)據(jù)⑶按照海平面氣壓計(jì)算公式自動(dòng)計(jì)算海平面氣壓；按照附錄1濕度參量的計(jì)算公式計(jì)算水汽壓、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度以及所需的各種統(tǒng)計(jì)量⑷編發(fā)各類(lèi)氣象報(bào)告⑸形成觀測(cè)數(shù)據(jù)文件⑹編制各類(lèi)氣象報(bào)表⑺實(shí)現(xiàn)通訊組網(wǎng)和運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控§3自動(dòng)氣象站

——硬件傳感器

能感受被測(cè)氣象要素的變化并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器組成。

§3自動(dòng)氣象站

——硬件氣壓——振筒式、膜盒式氣壓傳感器氣溫——鉑電阻溫度傳感器濕度——濕敏電容濕度傳感器風(fēng)向——單翼風(fēng)向傳感器風(fēng)速——風(fēng)杯風(fēng)速傳感器雨量——翻斗式雨量傳感器蒸發(fā)——超聲測(cè)距蒸發(fā)量傳感器輻射——熱電堆式輻射傳感器地溫——鉑電阻地溫傳感器日照——直接輻射表、雙金屬片日照傳感器風(fēng)速傳感器●原理三個(gè)輕質(zhì)錐形風(fēng)杯；

附著在中心不銹鋼軸上的截光盤(pán)隨軸旋轉(zhuǎn)；每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，切割紅外光束14次，從而由光電晶體中產(chǎn)生出一個(gè)脈沖鏈，輸出的脈沖速率與風(fēng)速成正比。

測(cè)量范圍 0

~60m/s分辨率0.05m/s起動(dòng)風(fēng)速不大于0.3m/s精度±0.3m/s（S<10m/s）

±3m/s（S>10m/s）抗風(fēng)強(qiáng)度75m/s傳感器輸出0~1221Hz方波

工作電源12V工作溫度-40oC~+60oC(帶加熱)●技術(shù)指標(biāo)測(cè)風(fēng)桿風(fēng)向傳感器風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)的6至8位格雷碼光碼盤(pán)6至8個(gè)同心圓軌道，0、2、22、23、24、25、(26、27)等分相鄰每份作透光與不透光處理碼盤(pán)兩側(cè)同一半徑上的6至8對(duì)光電耦合器件輸出相應(yīng)的6至8位格雷碼，每一個(gè)格雷碼代表一個(gè)風(fēng)向。測(cè)量范圍 0~360°響應(yīng)靈敏度 0.3m/s（30度偏角）工作電源 10~14VDC分辨率 3°輸出 電壓0~2.5VDC抗風(fēng)強(qiáng)度 75m/s工作環(huán)境 -40℃~60℃、0~100%RH

原理技術(shù)指標(biāo)風(fēng)向、風(fēng)速傳感器

測(cè)量距地10米處的地面風(fēng)的速度及方向值，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此信號(hào)可以直接傳送到顯示儀器或記錄設(shè)備進(jìn)行處理。溫濕傳感器來(lái)自芬蘭VISALA公司的溫濕度傳感器同時(shí)測(cè)量空氣溫度和相對(duì)濕度

CAWS-FH防輻射罩溫濕度傳感器測(cè)濕元件是聚合物薄膜電容傳感器測(cè)溫元件是鉑電阻Pt100感應(yīng)部件位于傳感器桿頭部，外有一層濾膜過(guò)濾罩保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)4線制鉑電阻測(cè)溫滿足PT385測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)原理濕度測(cè)量范圍： 0

~100%RH輸出范圍： 0

~100%RH0-1VDC分辨率： ±1%RH準(zhǔn)確度： 3%（T>0℃）

±5%（T≤0℃）穩(wěn)定性： <1%RH/年溫度測(cè)量范圍： -50

~+50℃分辨率： 0.1℃準(zhǔn)確度： ±0.2℃輸出： 四線制電阻

技術(shù)指標(biāo)雨量傳感器

原理雨水由截面積為200平方厘米集水器匯集，通過(guò)裝有小圓護(hù)網(wǎng)的小漏斗及其下端的引流管注入翻斗。當(dāng)翻斗承積的水量達(dá)到一定的數(shù)量值時(shí)，翻斗翻倒，另一半翻斗開(kāi)始盛雨。計(jì)數(shù)翻斗中部裝有一塊小磁鋼，磁鋼上端有干簧管。當(dāng)計(jì)數(shù)翻斗翻動(dòng)時(shí)，磁鋼對(duì)干簧管掃描，使干簧接點(diǎn)因磁化而瞬間閉合一次，送出一個(gè)電路導(dǎo)通脈沖。相當(dāng)于0.1mm降雨量。氣壓傳感器

原理

振筒式氣壓計(jì)由振動(dòng)筒、外保護(hù)筒、激振線圈和檢測(cè)線圈組成。彈性振筒感應(yīng)內(nèi)外的真空腔和空氣腔的壓力差對(duì)應(yīng)輸出變化的頻率。系統(tǒng)將頻率轉(zhuǎn)化為電壓輸出。為解決振筒振動(dòng)固有頻率的溫度漂移，在振筒基座上加了一個(gè)測(cè)溫元件，將測(cè)得筒內(nèi)氣體溫度作為參數(shù)提供給系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。蒸發(fā)傳感器

超聲波測(cè)距原理，選用高精度超聲波探頭，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿內(nèi)水面高度變化進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。測(cè)量范圍0~100mm分辨率0.1mm供電10~15VDC輸出0~5V（電流最大5Ma）

4~20mA（負(fù)載電阻最大500Ω）技術(shù)指標(biāo)總輻射表總輻射：測(cè)量水平表面上、2π立體角內(nèi)所接收到波長(zhǎng)為0.3-3μm的太陽(yáng)直接照射和天空散射的總輻照度（W/m2）。反射輻射：總輻射感應(yīng)面向下，用來(lái)測(cè)量來(lái)自地面的波長(zhǎng)為0.3-3m短波反射輻射。散射輻射：總輻射用遮光環(huán)遮擋太陽(yáng)直接輻射后，用來(lái)測(cè)量散射輻射。

感應(yīng)件、玻璃罩和配件組成;附件包括：機(jī)體、干燥器、白色擋板、底座、水準(zhǔn)器和接線柱等。此外還有保護(hù)玻璃罩的金屬蓋（又稱(chēng)遮光罩或保護(hù)罩）。感應(yīng)件由感應(yīng)面和熱電堆組成。熱電堆為快速響應(yīng)的線繞電鍍式熱電堆，感應(yīng)面涂3M無(wú)光黑漆.玻璃罩為半球形雙層石英玻璃，起防風(fēng)和透過(guò)波長(zhǎng)0.3-3.0m范圍的短波輻射，透過(guò)率為常數(shù)且接近0.9。采用雙層罩是為了阻止外層罩的紅外輻射影響，減小測(cè)量誤差。結(jié)構(gòu)原理

總輻射表

基于熱電效應(yīng)當(dāng)涂黑的感應(yīng)面接收輻射增熱時(shí)，使以熱接點(diǎn)緊貼在下部的熱電堆產(chǎn)生與接收到的輻照度成正比的溫差電動(dòng)勢(shì)輸出信號(hào)。

工作原理響應(yīng)時(shí)間（95%）：<35S（99%）穩(wěn)定性（年變化量）：小于±2%非線性：小于±2%方位：小于±5%測(cè)量角：2π立體角輻照度：0-1400W/m2（最大2000W/m2）光譜范圍：300-3200nm靈敏度：7-14μv/W*m-2接收涂層：3M無(wú)光黑漆干燥劑：硅膠技術(shù)指標(biāo)直接輻射表光筒、自動(dòng)跟蹤裝置光筒內(nèi)部由光闌、內(nèi)筒、熱電堆、干燥劑筒等組成。感應(yīng)部件是采用繞線電鍍式多接點(diǎn)熱電堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂層。在線性范圍內(nèi)產(chǎn)生的溫差電勢(shì)與太陽(yáng)直接輻照度成正比。自動(dòng)跟蹤裝置是由底板、緯度架、電機(jī)等組成。電機(jī)是動(dòng)力源，用戶可根據(jù)要求選擇直流電機(jī)或交流電機(jī)作為動(dòng)力源。該表的跟蹤精度與安裝和細(xì)心的調(diào)整有密切關(guān)系，有關(guān)詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參考產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。工作原理

用于測(cè)量光譜范圍為0.27-3.2μm的太陽(yáng)直輻射量。當(dāng)太陽(yáng)直輻射量超過(guò)120W/m2時(shí)和日照時(shí)數(shù)記錄儀連接，也可直接測(cè)量日照時(shí)數(shù)。

凈輻射表

用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射差，即凈（全）輻射。上表面測(cè)量由天空（包括太陽(yáng)和大氣）向下的投射，下表面測(cè)量由地表（包括土壤、植物、水面）向上投射的全波段輻射量，且自動(dòng)輸出上下表面測(cè)量值之差。

工作原理

感應(yīng)件、薄膜罩和配件。感應(yīng)件由上下兩片涂黑感應(yīng)面和熱電堆組成。上下感應(yīng)面接受不同的輻射量，使熱電堆上下端產(chǎn)生溫差而輸出與凈（全）輻射成正比的電量。

感應(yīng)面外罩為上下兩個(gè)半球形聚乙烯薄膜罩，能透過(guò)短波輻射和長(zhǎng)波輻射，測(cè)量0.3-100μm波長(zhǎng)的全波段的光輻射紫外輻射表

紫外輻射傳感器也是一種光電效應(yīng)型傳感器。

紫外輻射傳感器是一種測(cè)量全球太陽(yáng)紫外輻射(UV-B)波長(zhǎng)的精密儀器。廣泛應(yīng)用于曝曬引起紅斑劑量的研究，UV-B光波對(duì)植物的影響研究，紫外線預(yù)報(bào)，氣候資料收集和臭氧洞影響的研究。

工作原理分光譜輻射表

采用光電轉(zhuǎn)換感應(yīng)原理。表的內(nèi)罩為石英玻璃，外罩是經(jīng)精密冷加工磨制而成的光學(xué)玻璃。

分光譜輻射傳感器是與各種記錄器及計(jì)算機(jī)配接使用，均能精確地測(cè)量出太陽(yáng)的總輻射量、紅外、可見(jiàn)光及紫外區(qū)輻射量的一次儀表。光譜范圍：WB280-2800nm；JB400-2800nm；HB700-2800nm。

可廣泛應(yīng)用于紫外線測(cè)量的預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)氣象、植物生理研究，太陽(yáng)能利用、海洋考察、建筑材料老化及大氣污染等科學(xué)研究。工作原理能見(jiàn)度儀

能見(jiàn)度儀采用前向散射法測(cè)大氣消光系數(shù)，通過(guò)換算得出能見(jiàn)度。

能見(jiàn)度儀由穩(wěn)定的紅外發(fā)射光源，高靈敏度，大動(dòng)態(tài)范圍的紅外散射光接收器，信號(hào)采集與處理器，控制器，加熱器，電源，調(diào)制解條器，防護(hù)罩，防腐支架，不銹鋼機(jī)箱等部件組成。整個(gè)電路采用大規(guī)?？删幊唐骷?，貼片工藝，體積小，升級(jí)靈活方便，易于擴(kuò)充。信號(hào)采集系統(tǒng)用軍品級(jí)貼片式低功耗CPLD門(mén)陣列電路，縮小了電路體積，增強(qiáng)了穩(wěn)定性和可靠性。工作原理日照傳感器

原理日照傳感器日照傳感器用以精確探測(cè)陽(yáng)光輻射起止。當(dāng)照射在儀器上的直接陽(yáng)光輻射高于某一預(yù)設(shè)閾值時(shí)觸點(diǎn)接觸閉合，接觸閉合輸出信號(hào)可由多種記錄器記錄。它不需要季節(jié)性的調(diào)節(jié)和維護(hù)。對(duì)于緯度在0度到65度的任意區(qū)域內(nèi)，能滿足無(wú)人值守和低能耗的要求。

當(dāng)太陽(yáng)直輻射量超過(guò)120W/㎡時(shí)，直接輻射表和日照時(shí)數(shù)記錄儀連接，也可直接測(cè)量日照時(shí)數(shù)。

自動(dòng)氣象站的結(jié)構(gòu)框圖風(fēng)向、風(fēng)速溫、濕度氣壓雨量地溫蒸發(fā)輻射感雨防雷板采集核心通訊預(yù)處理MODEM串口隔離器DCP發(fā)射機(jī)VHF/UHF通訊部件

供電系統(tǒng)主控機(jī)打印機(jī)UPS傳感器采集系統(tǒng)2分鐘平均風(fēng)向露點(diǎn)溫度最低草溫/最低雪溫2分鐘平均風(fēng)速本站氣壓最低草溫/最低雪溫出現(xiàn)時(shí)間10分鐘平均風(fēng)向最高本站氣壓蒸發(fā)量10分鐘平均風(fēng)速最高本站氣壓出現(xiàn)時(shí)間日照時(shí)數(shù)最大風(fēng)速時(shí)風(fēng)向最低本站氣壓總輻射曝輻量最大風(fēng)速最低本站氣壓出現(xiàn)時(shí)間總輻射最大輻照度最大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間地面溫度總輻射最大輻照度出現(xiàn)時(shí)間瞬時(shí)風(fēng)向地面最高溫度凈全輻射曝輻量瞬時(shí)風(fēng)速地面最高溫度出現(xiàn)時(shí)間凈全輻射最大輻照度極大風(fēng)向地面最低溫度凈全輻射最大輻照度出現(xiàn)時(shí)間極大風(fēng)速地面最低溫度出現(xiàn)時(shí)間凈全輻射最小輻照度極大風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間5cm地溫凈全輻射最小輻照度出現(xiàn)時(shí)間降水量10cm地溫直接輻射曝輻量氣溫15cm地溫直接輻射最大輻照度最高氣溫20cm地溫直接輻射最大輻照度出現(xiàn)時(shí)間最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間40cm地溫水平直接輻射曝輻量最低氣溫80cm地溫散射輻射曝輻量最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間160cm地溫散射輻射最大輻照度相對(duì)濕度320cm地溫散射輻射最大輻照度出現(xiàn)時(shí)間最小相對(duì)濕度草溫/雪溫反射輻射曝輻量最小相對(duì)濕度出現(xiàn)時(shí)間最高草溫/最高雪溫反射輻射最大輻照度水汽壓最高草溫/最高雪溫出現(xiàn)時(shí)間反射輻射最大輻照度出現(xiàn)時(shí)間DZQ-I型便攜式自動(dòng)氣象站上海華巖儀器設(shè)備有限公司§3自動(dòng)氣象站

——硬件

數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是自動(dòng)氣象站的核心，其主要功能是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器§3自動(dòng)氣象站

——硬件

系統(tǒng)電源自動(dòng)氣象站具備高穩(wěn)定性無(wú)干擾的系統(tǒng)電源。在有市電的地方，使用市電，并對(duì)備用電池浮充電，以備出現(xiàn)故障時(shí)使用。若使用計(jì)算機(jī)，則還配備不間斷電源(UPS)和后備電池。自動(dòng)氣象站可用電池供電。在無(wú)市電的地區(qū)，自動(dòng)氣象站可用電池供電，這時(shí)，可用輔助電源對(duì)電池充電。可作輔助電源的有：柴油或汽油發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板等。

通信接口聯(lián)接采集器與計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)與中心站采集器與中心站等的通信連接設(shè)備。

外圍設(shè)備根據(jù)不同的需要，配置的外圍設(shè)備有：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、顯示器等?！?自動(dòng)氣象站

——軟件自動(dòng)氣象站的系統(tǒng)軟件采集軟件采集軟件

為了實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，還須配置遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件.§4自動(dòng)氣象站

——軟件

采集軟件

采集軟件有廠家提供,寫(xiě)在采集器中.其主要功能有:(1)接受和響應(yīng)業(yè)務(wù)軟件對(duì)參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)時(shí)鐘的調(diào)整;(2)實(shí)時(shí)和定時(shí)采集各傳感器的輸出信號(hào),經(jīng)計(jì)算、處理形成各氣象要素值;(3)存儲(chǔ)、顯示和傳輸各氣象要素值;(4)大風(fēng)報(bào)警;(5)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控.§4自動(dòng)氣象站

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