PWD22型能见度计的使用与维护

2010年第4期2010年12月山东气象第30卷总第124期P W D22型能见度计的使用与维护王晓默1，2，聂丽丽1，3，董宁4（1．南京大学大气科学学院，南京 210093；2．泗水县气象局，山东泗水 273200；3．大同市大同机场气象台，山西大同 037301；4．济宁市气象局，山东济宁 272000）摘要：介绍能见度的自动观测技术，并通过介绍PWD22型能见度计，阐述能见度计的原理、种类和安装使用方法以及注意事项。

关键词：能见度计；自动观测；仪器使用中图分类号：P415.3 文献标识码：B 文章编号：1005–0582（2010）04–0064–04前言目前，气象台站能见度的观测还是利用多年前按当时的地貌、物貌实测绘制的能见度目标物分布图进行目视估计为主。

人们在对能见度作出估计时．常因个人视力的觉察、解释能力、光源特性以及透射因素有差别而得到不同的结果[1]。

因此，能见度的任何目视估测都带有很大成分的主观性。

2008年在山东省曲阜市建成了首个能见度观测仪，实现了能见度的自动观测。

1 能见度自动观测仪器的分类能见度测量仪器是随着其理论和光学、电子及计算机技术的不断进步而逐渐发展。

一般分为三大类，第一类，透射型测量仪器；第二类，散射型测量仪器；第三类，激光雷达测量仪器[2]。

从实用化的水平来看，透射型和散射型仪器代表着当今能见度测量仪器的两个不同发展方向和不同应用领域，它们已是精密、准确、稳定的光电式气象仪器。

随着各单元技术的发展，它们的可靠性将进一步提高，数据传输方式将得到改善，并与其它气象仪器组成测量系统。

目前，前向散射仪使用得最多。

在曲阜建设的能见度观测站中，使用的是芬兰VAISALA公司的PWD22型能见度计，下面详细介绍PWD22型能见度计的原理、安装使用及注意事项。

2 PWD22能见度计的性能和技术指标芬兰VAISALA公司生产的PWD22能见度仪也称为现时天气现象传感器，它的特点是可以精准测量能见度，高度集成，重量轻且易于安装。

PWD22不仅可以测量水平能见度，而且能识别影响能见度的天气类型，如雾、轻雾、霾等，还可以探测7种不同的降水类型：雨，冻雨，毛毛雨，冻毛毛雨，雨夹雪，雪，冰雹。

PWD22型能见度计是前向散射能见度计，主要由发射端、接收端、PT100温度传感器和机架等部分组成，采用可见光源的前向散射体制、交叉光路结构。

发射器发出的875nm近红外光照射到采样体，经过采样体内的大气粒子散射，位于发射器和接收器同一平面的固定散射角为45º的散射光束照射到光电探测器上，进而测量到散射光的强度，得到的光学信号被转化为频率的形式，已经过校准的转换方程将不同的频率值计算为气象光学视程（MOR），并通过信号电缆传送至数据采集器或计算机进行输出和显示，其主要技术指标如表1所示：表1 PWD22型能见度计主要技术指标[3]名称参数名称参数测量范围 10～20000m 耗电量 6W 精确度 ±1.5%工作环境湿度1～100%RH 电源 12VDC…50VDC工作环境温度 -40～+60°C天气类型代码 WMO4680 重量 3kg 降水类型代码 NWS标准尺寸（长×宽×高） 69.5×40.4×19.9cm3 能见度计的安装使用及注意事项曲阜市气象站的能见度计，安装在气象观测站旁边的一块空地上，把仪器固定在需要的高度，用U型螺栓穿过固定板上面的孔，使用螺母和垫圈固紧。

在进行能见度场地选择的时候，注意考虑以下几个方面[4]：（1）仪器安放的位置能代表周围的天气状况。

（2）没有影响光学测量的障碍物和反射表面没有明显的污染源。

（3）接收机和发射机的光学部件不能指向强光源，建议在北半球将接收机指向北，南半球指向南。

（4）100m内没有大的建筑物和其它产生热和阻碍降水的物体，树的阴影也应避免。

（5）必须有可利用的电源和通讯线路。

使用该能见度计前，建议进行一次快速启动程序，步骤如下：（1）通过串口将终端连接到传感器上，设置终端的波特速率为9600bit/s，数据框架包括：7 data bit，1 stop bit，even parit；（2）启动后输出：VAISALA pwd22v 2.XX 19YY-MM-DD SN（如果设置，ID也应包含在内）；（3）等候1分钟，然后用命令OPEN进入命令状态。

用STA命令检查，检测没有硬件故障或警告；（4）键入CLOSE进入自动信息状态，确认在显示屏上每15秒出现一条信息。

在进行完物理连接后可以在PWD22软件中配置通讯细节，合适的通讯设置取决于整个系统的执行情况。

按缺省设置，传感器每15秒通过串口传送一条新的ASCII数据信息，用户可以改变数据间隔和类型，主要缺省设置如表2。

传感器可以在被查询状态下使用，另外，串口的波特率可以更改为一个更高的值，数据框架为7 data bits，even parity，one stop bit。

表2 PWD22型能见度计的缺省设置设置缺省设置波特速率 9600baud（7E1）被查询状态或自动状态，信息类型自动状态，信息2间隔15秒传感器ID 无ID设置PWD22型能见度计在正常操作下一般不需要用户干预，操作员命令只在初始设置和周期性维护时使用，在故障检测时也使用一些命令。

其常用命令如表3：表3 PWD22型能见度计的常用命令命令描述OPEN 为操作命令分配线路CLOSE 释放线路自动发送信息MES Number 显示数据纤细（续表）命令描述AMES Number Interval 以一定间隔自动发送信息STA 显示状态PAR 参数信息HIST Paramtere 系统信息INTV Time 系统信息Time hh:mm:ss 设置/显示系统时间Date yyyy:mm:dd 设置/显示系统日期CHEC 显示测试信号ZERO 显示零和测试状态CAL Calibrator frequency 校准CONF Password 升级配置CLEAN 设置清洗参数BAUD Rate 设置波特率ACAL 模拟输出校正BLSC 背景照明范围/有效RESET 使用看门狗重置硬件4 PWD22型能见度计的校准与维护4.1 能见度计的校准PWD22型能见度计在出厂时已经校准，一般来说只要没有更换电路板或没有警告或鸣警是不需要重新校准的，电路板不需要硬件校准。

建议每6个月进行一次周期性检测，如果检测显示变动小于±3%，则不需要重新校准，因为变动在校准程序的重复性范围内。

如果任何机械损害改变或减弱了光学测量路径或更换了发射板、接收板，则需重新校准。

建议每年校准一次温度传感器。

用校准工具检查和调整校准。

套件由一个整流板和两个已知散射特性的不透明玻璃板组成。

在程序中使用CHEC和CAL命令。

校准程序检查两个点：零散射信号和一个非常高的散射信号。

使用整流板获得零信号，使用不透明玻璃板获得高信号。

当校准能见度测量时，能见度应大于500m。

在大雨或强日光下不建议进行校准。

当在降水情况下使用校准仪时，误差将与雨滴覆盖的散射板的面积成正比，确保和整个面积相比，雨滴覆盖的散射板的面积可以忽略不计。

照在校准仪上的强日光会提高散射测量中的噪音值，并使CHEC 命令输出稳定性差。

如果需要在强日光下进行校准，建议旋转横杆，使在校准仪板上的日光强度最低（使板与光线平行）。

在校准检查程序前先清洁透镜，同时检查不透明玻璃板的状况（有必要可清洁一下）。

校准检查程序如下：（1）为了阻挡光路，将小挡板放置在接收测头或发射测头内。

（2）等候30秒（3）给出CHEC命令，最少等待2分钟。

信号值必须在±0.1Hz之间。

否则，可能硬件有故障，检查接头。

（4）移开挡板，按ESC键终止CHEC命令。

（5）将不透明玻璃板固定在连接杆上。

写有信号值的标签应朝向外面。

注意板上写的信号值。

（6）将校准仪安装到夹子，固定杆头。

将连接杆抬高或降低，来调整校准板的位置。

发射机和接收机应该指向玻璃板的中心。

在正确的位置上，玻璃板的上边缘应与接收机和发射机的镜盖端在同一水平面上，紧固夹子的螺栓。

（7）从光学通道移开，等候30秒。

（8）给出CHEC命令（9）两分钟后读取显示的信号。

（10）信号值必须与板上印刷的值接近。

如果误差小于3%，校准是正确的。

如果不是这样，则继续校准程序。

（11）按ESC键终止CHEC命令。

当校准检查显示需要校准时，遵循下面的指导。

将不透明玻璃板安装在横杆上。

（1）给出命令：CAL calibrator signal value 举例 CAL 985校准器信号印在玻璃板的标签上。

一般来说，信号接近1000Hz。

PWD22计算一个新的比例系数，并将它存储在不易失存储器中（EEPROM）。

（2）键入CHEC，新的比例系数应该与校准仪信号值相当。

如果新比例系数与工厂校准比例系数之间的差别超过20%，CAL命令将被忽略。

检查PWD22和校准仪是否有硬件或机械故障。

4.2 能见度计的维护（1）定期检查仪器上的灰尘、蛛网、鸟窝或其他阻挡物。

建议每6个月清洁一次，或者根据实际情况增加次数。

清洁时应该在收到警告“BACKSCATTER INCREASED”时进行，用不起毛的软布和异丙醇酒精擦拭透镜，正确清洁光学表面后给出“CLEAN”命令。

（2）更换元件必须在断电的情况下由专业人员进行，要注意元件位置是否正确，带状电缆是否正确接到光学元件上。

5 结束语能见度是气象观测中很重要的一个要素，但是长期依赖人眼，不能够实现连续和准确的观测，使用能见度计可以实时准确地完成自动观测功能，并且能够提供及时的报警信息和相关的解决方案，可以为机场跑道能见度观测，城市能见度，公路能见度提供服务，其所提供的能见度服务也能够在预防危险，避免事故方面起到很重要的作用。

相信以后的气象业务观测中会越来越多的使用能见度计代替人工观测，与其他气象要素组成多要素的气象监测系统。

参考文献：[1] 濮江平，胡宗刚，魏阳春，等．能见度自动观测系统性能对比及分析[J]．气象科学．2002，22（1）：60-71.[2] 吴勇．能见度自动观测与仪器使用[J]．气象研究与应用，2007，（4）：28-31.[3] VSISALA．VISIBILITY METER FD12 User’sGuide[M]．1997：5-41.[4] 李亚娟，束炯．PWD22能见度仪监测上海市水平能见度的试验研究[J]．环境监测管理与技术．2010，（2）：24-26.。