自动气象观测系统

自动气象观测系统
主要内容
概述 结构及工作原理 硬件 软件 采集与算法 自动气象站网
§1 自 动 气 象 站 ——概 述
自动气象观测系统，从狭义上说是指自动 气象站，从广义上说是指自动气象站网。
自动气象站是一种能自动地观测和存储气 象观测数据的设备。如果需要，可直接或 在中心站编发气象报告，也可以按业务需 求编制各类气象报表。
当太阳直辐射量超过120W/㎡时，直接辐射表和日照 时数记录仪连接，也可直接测量日照时数。
风向、风速 温、湿度
气压 雨量 地温 蒸发 辐射
传感感雨器
自动气象站的结构框图
采集系统
采集核心
防雷板
通讯预处理
MODEM 串口隔离器 DCP发射机 VHF/UHF
通讯部件
UPS 主控机 打印机
供电系统
2分钟平均风向 2分钟平均风速 10分钟平均风向 10分钟平均风速
气压传感器
原理
振筒式气压计由振动筒、外保 护筒、激振线圈和检测线圈组成。
弹性振筒感应内外的真空腔和 空气腔的压力差对应输出变化的频 率。系统将频率转化为电压输出。
为解决振筒振动固有频率的温 度漂移，在振筒基座上加了一个测 温元件，将测得筒内气体温度作为 参数提供给系统进行温度补偿。
蒸发传感器
超声波测距原理，选用高精度 超声波探头，对标准蒸发皿内水面 高度变化进行检测，转换成电信号 输出 。
照时数记录仪连接，也可直接 测量日照时数。
收率的黑色涂层。在线性范围
内产生的温差电势与太阳直接
辐照度成正比。
• 自动跟踪装置是由底板、纬度 架、电机等组成。电机是动力 源，用户可根据要求选择直流 电机或交流电机作为动力源。
• 该表的跟踪精度与安装和细心 的调整有密切关系，有关详细 说明请参考产品说明书。
技术指标
测量范围
0~100mm
分辨率
0.1mm
供电
ห้องสมุดไป่ตู้
10~15VDC
输出
0~5V（电流最大5Ma）
4~20mA（负载电阻最大500Ω）
总辐射表
总辐射： 测量水平表面上、2π立体角内所接收到波长为 0.3-3μm的太阳直接照射和天空散射的总辐照度（W/m2）。
反射辐射：总辐射感应面向下，用来测量来自地面的波长为 0.3-3m短波反射辐射。
工作原理
总辐射表
基于热电效应
当涂黑的感应面接收辐 射增热时，使以热接点紧贴 在下部的热电堆产生与接收 到的辐照度成正比的温差电 动势输出信号。
技术指标
响应时间（95%）： <35S（99%）
稳定性（年变化量）： 小于±2%
非线性：
小于±2%
方位：
小于±5%
测量角：
2π立体角
辐照度：0-1400W/m2（最大2000 W/m2）
最大风速时风向 最大风速 最大风速出现时间 瞬时风向 瞬时风速 极大风向 极大风速 极大风速出现时间 降水量 气温 最高气温 最高气温出现时间 最低气温 最低气温出现时间 相对湿度 最小相对湿度 最小相对湿度出现时间 水汽压
露点温度 本站气压 最高本站气压
最高本站气压出现时间
最低本站气压 最低本站气压出现时间 地面温度 地面最高温度 地面最高温度出现时间 地面最低温度 地面最低温度出现时间 5cm地温 10cm地温 15cm地温 20cm地温 40cm地温 80cm地温 160cm地温 320cm地温 草温/雪温 最高草温/最高雪温 最高草温/最高雪温出现时间
工作原理
采用光电转换感 应原理。表的内罩为 石英玻璃，外罩是经 精密冷加工磨制而成 的光学玻璃。
能见度仪
能见度仪由稳定的红外 发射光源，高灵敏度，大动 态范围的红外散射光接收器， 信号采集与处理器，控制器， 加热器，电源，调制解条器， 防护罩，防腐支架，不锈钢 机箱等部件组成。整个电路 采用大规模可编程器件，贴 片工艺，体积小，升级灵活 方便，易于扩充。信号采集 系统用军品级贴片式低功耗 CPLD门阵列电路，缩小了电 路体积，增强了稳定性和可 靠性。
风速传感器
●原理
●技术指标
三个轻质锥形风杯；
测量范围 分辨率
0 ~60m/s 0.05m/s
附着在中心不锈钢轴上的截光 盘随轴旋转 ；
起动风速 精度
不大于0.3 m/s ±0.3m/s（S<10m/s）
±3m/s（S>10m/s）
每转动一圈，切割红外光束14次， 从而由光电晶体中产生出一个脉 冲链，输出的脉冲速率与风速成 正比。
光谱范围：
300-3200nm
灵敏度：
7-14μv/W*m-2
接收涂层：
3M无光黑漆
干燥剂：
硅胶
工作原理
直接辐射表
• 光筒、自动跟踪装置
用于测量光谱范围为0.27-
• 光筒内部由光阑、内筒、热电 3.2μm的太阳直辐射量。当太
堆、干燥剂筒等组成。
阳直辐射量超过120W/m2时和日
•
感应部件是采用绕线电镀式多 接点热电堆，其表面涂有高吸
自动气象站网由一个中心站和若干自动气 象站通过通信电路组成。
自动气象站
§1 自 动 气 象 站
——概 述
根 据
按 实时 提 自动 供 气象站 数 据 的 非实时 时 自动 效 气象站 性
能按规定的时间 实时提供气象观测 数据的自动气象站
只能定时记录 和存储观测数据， 但不能实时提供气 象观测数据的自动
感应面外罩为上下两个半 球形聚乙烯薄膜罩，能透过短 波 辐 射 和 长 波 辐 射 ， 测 量 0.3100μm波长的全波段的光辐射
紫外辐射表
紫外辐射传感 器是一种测量全球太 阳紫外辐射(UV-B)波 长的精密仪器。广泛 应用于曝晒引起红斑 剂量的研究，UV-B光 波对植物的影响研究， 紫外线预报，气候资 料收集和臭氧洞影响 的研究。
散射辐射：总辐射用遮光环遮挡太阳直接辐射后，用来测量 散射辐射。
结构原理
感应件、玻璃罩和配件组成;附件 包括：机体、干燥器、白色挡板、底座、 水准器和接线柱等。此外还有保护玻璃 罩的金属盖（又称遮光罩或保护罩）。 感应件由感应面和热电堆组成。热电堆 为快速响应的线绕电镀式热电堆，感应 面涂3M无光黑漆. 玻璃罩为半球形双层 石英玻璃，起防风和透过波长0.3-3.0m 范围的短波辐射，透过率为常数且接近 0.9。采用双层罩是为了阻止外层罩的红 外辐射影响，减小测量误差。
工作原理
紫外辐射传感器也是 一种光电效应型传感器。
分光谱辐射表
分光谱辐射传感器是 与各种记录器及计算机配接 使用，均能精确地测量出太 阳的总辐射量、红外、可见 光及紫外区辐射量的一次仪 表。光谱范围：WB2802800nm；JB400-2800nm； HB700-2800nm。
可广泛应用于紫外线测 量的预报、农业气象、植物 生理研究，太阳能利用、海 洋考察、建筑材料老化及大 气污染等科学研究。
§3 自 动 气 象 站
——硬 件
• 气压——振筒式、膜盒式气压传感器 • 气温——铂电阻温度传感器 • 湿度——湿敏电容湿度传感器 • 风向——单翼风向传感器 • 风速——风杯风速传感器 • 雨量——翻斗式雨量传感器 • 蒸发——超声测距蒸发量传感器 • 辐射——热电堆式辐射传感器 • 地温——铂电阻地温传感器 • 日照——直接辐射表、双金属片日照传感器
抗风强度
75m/s
传感器输出
0~1221Hz方波
工作电源
12V
工作温度-40 oC~+60 oC (带加热)
测风杆
风向传感器
原理
• 风标转轴带动的6至8位格雷码光码盘 • 6至8个同心圆轨道，0、2、22、23、24、25、(26 、27)等分 • 相邻每份作透光与不透光处理 • 码盘两侧同一半径上的6至8对光电耦合器件 • 输出相应的6至8位格雷码，每一个格雷码代表一个风向。
-50 ~+50℃ 0.1℃ ±0.2℃ 四线制电阻
雨量传感器
原理 雨水由截面积为200平方厘米集水器汇集，
通过装有小圆护网的小漏斗及其下端的引流管 注入翻斗。
当翻斗承积的水量达到一定的数量值时， 翻斗翻倒，另一半翻斗开始盛雨。
计数翻斗中部装有一块小磁钢，磁钢上端 有干簧管。当计数翻斗翻动时，磁钢对干簧管 扫描，使干簧接点因磁化而瞬间闭合一次，送 出一个电路导通脉冲。相当于0.1 mm降雨量。
感 测 V1、V2 值即可求得 Rt: 器 Rt=R0*V1/V2
温度计算公式：T=A+B*Rt+C*Rt2
恒流源
A
Rt
R0
V1
V2
技术指标
湿度 测量范围： 输出范围： 分 辨 率： 准 确 度：
稳定性： 温度 测量范围： 分 辨 率： 准 确 度： 输出：
0 ~100%RH 0 ~100%RH0-1VDC ±1%RH 3%（T>0℃） ±5%（T≤0℃） <1%RH/年
气压；按照附录1湿度参量的计算公式计算水汽 压、相对湿度、露点温度以及所需的各种统计量 ⑷ 编发各类气象报告 ⑸ 形成观测数据文件 ⑹ 编制各类气象报表 ⑺ 实现通讯组网和运行状态的远程监控
§3 自 动 气 象 站
——硬 件
能感受被测气象要素的 变化并按一定的规律转换成 可用输出信号的器件或装置， 通常由敏感元件和转换器组 成。
净辐射表
用来测量太阳辐射差， 即净（全）辐射。上表面测 量由天空（包括太阳和大气） 向下的投射，下表面测量由 地表（包括土壤、植物、水 面）向上投射的全波段辐射 量，且自动输出上下表面测 量值之差。
工作原理
感应件、薄膜罩和配件。
感应件由上下两片涂黑感 应面和热电堆组成。
上下感应面接受不同的辐 射量，使热电堆上下端产生温 差而输出与净（全）辐射成正 比的电量。