六要素自动站技术方案.doc

六要素自动站技术方案区域自动气象站详细描述1、概述现代化综合性气象观测自动化进行设计,它覆盖了大部分目前能够实现自动观测的气象观测要素,观测范围包括基本或常规气象要素、特种气象要素等,目标是建成国内领先、跟踪国际先进水平的现代化、综合性地面气象观测场为保证地面气象观测的长期稳定和测量的准确度,本系统所使用的硬件设备均为我公司定型产品或成熟使用产品地面气象观测业务是一个不断变化的过程,系统充分考虑了业务发展的需要；系统在功能设计时必须考虑为业务的变化留有余地系统必须具有较强的可扩展性和对需求变化的自适应能力,以适应业务管理内容和工作流程变化造成的系统需求的变化2系统组成2.1 系统拓扑图3 ZQZ-CⅡ-S自动气象站产品详细描述3.1 概述ZQZ—CⅡ-S型自动气象站是经中国气象局组织研制并设计定型的自动气象站其中区域自动气象站是该系列自动气象站中的经济型版本；该设备整体为野外型设计；可观测的气象要素有：风向、风速、温度、湿度、气压和雨量系统组成见下图： 3.2 应用领域单站或组网应用于交通运输、港口、气象、机场、环境监测、军事、农林、水文、大型工程和科教等领域3.3 技术特点1、 拥有自主知识产权的自动气象站采集器设计技术,在中国气象局历次考核中均名列第一,其稳定性和可靠性得到充分验证。

2、 在电子线路方面采用了防雷、噪声抑止等多种抗干扰措施,在其他硬件和软件设计方面采用了降额设计、电磁兼容设计、野值剔除和堆栈处理等多种可靠性设计技术,通过完善的可靠性设计使自动站可靠性有了长足进步3、 具有远程诊断功能,可以对自动站运行状况和数据质量进行远程监控和诊断,发现自动站可能存在或潜在的问题并及时提供解决方案4、 具有多种供电方式：如交流、太阳能及其它直流方式等5、 具有多种本地和远程通信方式,远程通信可选用有线〔PSTN、ADSL、X.25等或无线〔GSM、GPRS、CDMA1X、DCP等等方式3.4主要技术指标1、测量指标气象要素测量范围分辨率计量准确度和观测不确定度采集速率计算平均时间检定周期气温-50～+50℃0.1℃±0.2℃6次/分1'1次/1年风向0～360°3°±5 °60次/分3",2',10'1次/2年风速0～60m/s0.1m/s±<0.3+0.03V>m/s60次/分降水量雨强：　　 0～4mm/分0.1mm≤10mm:±0.4mm＞10mm:±4％连续连续1次/2年湿度0～100％RH1%RH3％RH〔≤80%RH; 5%RH<＞80%RH>6次/分1'1次/1年气压400～1100hpa0.1hpa±0.3hpa6次/分1'1次/1年 注：①资料的缺测率和粗差率小于1％。

②风向风速的其它指标：启动风速　　距离常数 　　阻尼比　　抗风强度　风向 <0.5m/s <2m>0.475m/s　 风速 <0.5m/s <5m/ 75m/s2、可靠性:本设备的平均无故障工作时间不少于5000小时, 有数据质量监控、自检、诊断功能,具有长期稳定的工作状态3、安全性：符合GB/T6587.7对Ⅰ类安全仪器的规定4、可维修性：真正积木式结构,各组成单元具有任意互换性；5、使用环境条件:室外条件:温 度: -50℃～+60℃相对湿度:0～100% <在降水条件〔含固态和液态下正常使用>抗 风: 75m/s自带避雷装置防腐蚀、抗干扰、安全防水等级：IP65级雷击试验：选择的试验波形为1.2/50μs,峰值为2kV；6、时钟走时精度: 月累计误差≤15秒7、通信方式：可直接用标准RS-232/485接口传输数据,也可通过GPRS/CDMA传输数据8、高智能数据采集器ZQZ-CⅡ-S六要素区域自动气象站配备了ZQZ-F型高智能数据采集器作为核心；该采集器采用uc/os操作系统；预留多个备用接口,应用更灵活。

特点： ※32位操作系统；※24位高精度模-数转换；※自持式高精度实时时钟；月误差小于15s；支持GPS授时※双重信号通道保护※为保证准确测量,在时间和温度变化时,系统自标定※ 以文件方式存储观测记录 ※8M工业级闪存,支持掉电保护功； ※状态监测：主板温度测量、工作电压监测；可连接的传感器和外围设备：※模拟通道: 2路Pt100温度传感器,1路湿度传感器,1路模拟输出风向传感器和1路模拟输出风速传感器※脉冲通道: 1路雨量传感器、1路脉冲风速传感器※数字I/O端口: 1路〔7个端口七位格雷码风向传感器※智能接口：4个RS-232接口；可接入气压、能见度、光学雨量等智能传感器；同时支持本地和远程通讯※激励选择：提供恒流源或者电源输出2种输出方式3.5 传感器性能描述3.5.1 空气温湿度传感器HMP45D温湿度传感器是由VAISALA公司生产,对于长期使用、无人值守的空气温湿度测量是较为理想的选择传感器接口简易方便,便于维护每个探头在出厂时都配有符合国际标准的校准证书探头使用醋酸纤维素的聚合物薄膜电容作为湿度传感器,薄膜铂电阻作为温度传感器技术指标相对湿度量程0.8⋯100%RH对应模拟输出0－100％RH 等于0－1VDC＋20℃时的精度 〔包括非线性和滞后工厂参数校准±1％RH外场参数校准±2％RH 〔0⋯90%RH±3％RH90⋯100%RH长期稳定性 <1%RH/年温度系数±0.05%RH/℃预热时间〔90％ ＋20℃时 15 秒〔带过滤膜HUMICAP®探头温度量程-40⋯+60℃输出信号四芯电阻测量温度传感器Pt 100 IEC 751 1/3 Class B一般性技术指标：操作温度范围 -40⋯+60℃；存储温度范围 -40⋯+80℃；电压 7⋯35 VDC；复位时间 500ms；功耗 <4 mA；输出负荷 >10000 欧姆<接地；重量350 克〔带包装；电缆长度3.5m；机壳材料 ABS 塑料；机壳等级〔电子 IP65〔NEMA 4；传感器保护 常规过滤膜3.5.2 雨量传感器SL3雨量传感器用来测量地面降雨量。

翻斗式雨量计由集水器、翻斗、调节螺钉、干簧管等构成在测量过程中,随着翻斗间歇翻倒动作,带动开关,发出一个个脉冲信号,将非电量转换成电量输出技术指标承水口径 Φ200mm 环境温度 0~+60℃强度 <4mm/min分辨率 0.1 mm输出 1脉冲=0.1mm 测量范围 0～999.9mm精度 ≤10mm:±0.4mm ＞10mm:±4％采样速率 有雨即采3.5.3 气压传感器概述PTB220是完全补偿的数字气压表,具有较宽的工作温度和气压测量范围感应元件采用VISALA研制的硅电容压力传感器BAROCAPBAROCAP具有很好的滞后性和重复性及温度特性、长期稳定性PTB220的工作原理是基于一个先进的RC振荡电路和三个参考电容,并且电容压力传感器及电容温度传感器连续测量微处理器自动进行压力线性补偿及温度补偿。

PTB220在全量程范围内有7个温度调整点,每个温度点有6个全量程压力调整点所有的调整参数都存储在EEPROM中,用户不可改变出厂设置用户可进行多种使用设置,如：串行总线、平均时间、输出间隔、输出格式、显示格式、错误信息、压力单位、压力分辨率；甚至可以选择不同的上电数据传输模式,如：RUN、STOP、SEND模式PTB220有三种输出方式：软件可设的RS232串行输出；TTL电平输出；模拟〔电压、电流输出、脉冲输出 PTB220有两种低功耗工作方式：软件可控的睡眠模式；外部激励触发模式技术参数类型 气压传感器PTB220测量范围500~1100 hPa；工作温度 -40 oC~+60 oC工作湿度不凝结； 存储温度 -60 oC~+60 oC分辨率0.1 hPa精度±0.3 hPa分辨率 0.1 hPa初始化 1s响应 300ms电源 10~30VDC3.5.4 风向风速传感器ZQZ—TF型测风传感器由风速传感器和风向传感器组成风杯由特种工程塑料注塑成型风向标尾翼板用质量轻、强度高、刚性好在高温高压条件下成型的非金属材料制造传感器壳体采用防锈材料制造,提高了防腐性能。

轴承防尘结构进行了特殊设计,较大提高了防尘效果并获国家实用新型专利权具有动态特性好、线性好、精度高、灵敏度高、抗风强度大、测量范围宽、互换性好、电路寿命长、工作可靠、抗雷电干扰能力强等多种优良性能风传感器关键技术和创新点1. 创新地采用二极迷宫式防尘结构,大大改善了传感器的防尘效果,延长了轴承清洗维护周期,该创新设计已获得国家专利授权〔专利号：ZL 2005 2 0069693.6轴承清洗周期可延长一倍左右2. 对风杯尺寸进行优化设计,提高了测量精度和抗风强度测量准确度从±<0.3+0.03v>m/s提高到了优于±<0.3+0.02v>m/s,经国家气象计量鉴定站测试可以达到±<0.3+0.01v>m/s<全量程>3. 对风向标进行强化设计,提高了抗风强度对风向标杆长度和重量匹配进行优化设计,采用特殊技术对风向标杆进行加强,提高了抗风强度目前该技术已获得国家专利授权〔专利号：ZL 2005 2 0069692.14. 从材料、结构和工艺等多个方面进行耐腐蚀设计,大大提高了传感器的耐腐蚀能力,使其适用于海岛环境对暴露在大气中的传感器零部件在材料选用、表面处理和结构设计等方面都给予了特殊考虑。

材料选用①不锈钢；②铜件表面镀镍铬；③防锈铝表面阳极氧化后再进行封闭处理,外表面再喷涂耐侯塑料；④工程塑料具有强度高、刚性好、弹性好、耐老化、耐高低温、耐酸碱盐等优点；⑤传感器下壳体与支架的固定螺钉镶嵌不锈钢螺纹套5. 改善防雷设计,加装性能更优的防雷器件,提高了防雷性能6. 对传统的格雷码盘的角度进行多处修正,使其不易错码,易于装配、调试7. 风向传感器的发光二极管和光电三极管选用光谱特性更为匹配的器件,进一步提高了使用 可靠性8. 在结构设计时采用多种措施,提高了传感器承受向上垂直风力的强度风传感器技术指标起动风速≤0.5m/s≤0.5m/s测量范围0～75m/s0～360°准确度±<0.3+0.01v>m/s全量程±2.5°分辨力0.1m/s2.5/模拟量时取决于采集器距离常数≤2.5m/阻尼比/≥0.4输出信号形式脉冲频率七位格雷码/模拟量最大回转半径107mm410mm重量0.64Kg0.94Kg最大高度267mm349mm抗风强度＞75m/s＞75m/s工作电压直流5V〔12V可选直流5V〔12V可选环境温度-40～+55℃-40～+55℃环境。