浅谈DSC3型称重式降水传感器工作原理

陈志国

(黑龙江省鸡西市气象局，黑龙江 鸡西 158100)

浅谈DSC3型称重式降水传感器工作原理

陈志国

(黑龙江省鸡西市气象局，黑龙江 鸡西 158100)

目前，我国气象部门对固态降水以人工观测为主，存在时效性差、时空密度不足等诸多弊端，不能全面、连续反映降雪过程的变化情况。DSC3型称重式降水传感器是实现降水自动化观测的智能传感器，该仪器既可以作为单独的传感器，以输出脉冲信号形式无缝挂接在现有自动气象站上，同时又输出RS232/485数字信号，可以同其它数字或总线系统及终端组网使用。拟对DSC3型称重式降水传感器工作原理进行分析。

称重式降水传感器；工作原理

DSC3型称重式降水传感器采用了许多新技术算法，完全可以满足固体降水自动化观测，同时支持液态降水自动化观测，且其测量精度较翻斗式雨量传感器更高，这对于全面提升我国地面气象观测的自动化水平，更加准确地观测天气和气候要素、应对气候变化的研究、人民日常生活保障、防止自然灾害等方面又增添了新的技术手段。该仪器实现了观测资料连续化，减少台站观测人员的工作量，进一步提高观测质量和观测效率，能够为专业部门和公众提供更多有价值的气象信息和观测产品。

一 DSC3型称重式降水传感器的主要特点

DSC3型称重式降水传感器可用于装备地面气象观测网，承担降水量观测任务的自动化气象观测设备。该仪器具有较高的运行可靠性，能达到当前先进的固体降水自动化观测水平，为冬季降水量预报和服务提供高质量的观测资料。

1.精确测量——具有大容量、高稳定的电阻应变式载荷元件结合软件算法，对进入到收集容器中的降水提供准确测量。由于整个收集容器被称重，因此，任何类型积累在收集容器内的降水将被记录。

2.降水发生的准确探测 ——独有的降水发生探测器(以下简称OPD)，通过使用光学传感器对降水的发生进行探测，任何可能由于温度或者刮风引起的瞬间振动所产生的虚假读数将被排除。

3.数据输出——数据输出脉冲仿效一个翻斗式雨量计翻斗的输出，每次一个脉冲相当于一个0.1mm。脉冲在每分钟的末尾输出。

4.电源——DSC3型称重式降水传感器需要用户提供一个12V的直流电源，也可以采用蓄电池与太阳能电池板供电。

5.低维护——DSC3型称重式降水传感器每年入冬前进行一次维护，夏季和秋季多雨季可能会做到两到三次的维护(根据不同地区的降水量维护次数有所不同)，维护工作只要求当收集的降水达到一定的量，就将收集容器内的液体排空，然后加入适量的蒸发抑制油，冬季需另加相应的防冻液，其余基本无需维护。防冻液和蒸发抑制油只在清空时才需添加。

二 DSC3型称重式降水传感器的系统组成

DSC3型称重式降水传感器是由载荷元件、数据处理单元、OPD和外围组件组成，其结构框图如下图所示：

1.载荷元件。

载荷元件是DSC3型称重式降水传感器的核心元件，通过对重量变化的快速响应测量降水。载荷元件基于电阻应变技术：敏感梁在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，进而得到重量。

2.数据处理单元。

数据处理单元由中央处理器、时钟电路、数据存储器、接口、控制电路等部分构成，安装在底盘之上。其主要功能是将载荷元件测得的收集容器中降水重量的电信号数值传到运算器中，运算器经过计算转化成以毫米单位的降水。再通过存储的校准常数、温度系数等一些参数计算出雨量值。并实现质量控制、记录存储，实现数据通信和传输。处理单元具有数据存储功能，数据存储使用堆栈式存储器结构。存储的数据量不少于30天。

处理单元既满足现行气象观测业务要求，能够输出脉冲量，接入现有自动气象站；又符合智能气象传感器的发展趋势，能够输出数字信号，接入新型自动气象站。因此，DSC3型称重式降水传感器同时具有RS232和RS485通讯接口和脉冲输出接口(1个脉冲相当于0.1mm)。

3.降水发生探测器(OPD)。

OPD与DSC3型称重式降水传感器接口连接，OPD被支架架在收集容器的上端，与收集容器桶口保持合理的无接触。OPD利用红外线光束探测，在OPD圈相对的两端，一端为接收端，一端为发射端，其一端的两个遮阳管中间有一个发光二极管的为发射端。OPD探测通过红外线光束的颗粒，当有颗粒连续通过红外线光束并通过智能识别与判断后，OPD判断是否有降水发生，在OPD判断有降水发生的过程中，DSC3型称重式降水传感器测量的重量通过脉冲或RS232/485方式输出降水量。

4. 外围结构。

外围组件包括收集容器、保护外壳、底盘基座、防风圈等。

三 DSC3型称重式降水传感器的主要功能

1.数据采样。

数据处理单元对采样值进行数据质量控制，对通过采样值质量检查的分钟降水量进行累计，得到累计降水量。

2.数据处理。

传感器具有数据存储功能，数据存储使用堆栈式存储器结构。存储的数据内容包括：分钟降水量、累计降水量、原始质量数据、状态监控信息等。存储的数据量不少于30天，数据存储器应具备掉电保存功能。

3.数据存储。

传感器具有数据传输的功能，采用脉冲方式输出时，主动送出通断信号；采用RS-232(或RS-485)方式输出时，采用响应终端命令的方式。数据采集器与传感器间的信号传输距离不小于200m。通过在 RS-232 口上接入无线或有线传输模块，可以实现数据远程传输功能。

4.数据传输。

数据总长度为 18 个字节，各项目之间用空格分隔(结束符之前不留空格)，每个项目采用定长方式，长度不足高位补0。

5.监控功能。

当传感器独立运行时，由实时时钟芯片提供系统时钟；当传感器接入自动气象站或业务软件时，由自动气象站或业务软件为传感器提供对时，保持时钟同步。

6.终端操作命令。

传感器支持各种终端操作命令，用来设置参数、读取数据等，具备以下终端操作命令。命令及参数均为ASCII码，命令以回车换行结尾，返回信息用ASCII码输出，回车换行结尾。

四 DSC3型称重式降水传感器的核心技术

DSC3型称重式降水传感器的核心是一种基于电阻应变技术载荷元件，通过对重量变化的快速响应测量和计算出降水量。主板上的处理器(MCU)通过OPD判断是否有降水发生，OPD只有判断有降水发生，才会使判断有降水发生过程时载荷元件测量的重量信号进行输出，同时结合温度、风等环境干扰要素的过滤与修正，得到准确的降水量值，工作原理框图传感器通过温度修正，对风和其它因素引起的扰动进行判断平滑以及一系列的综合运算和处理得到准确的降水量。

[1]降水观测仪器和测量方法改进方案的研究[J].安徽农业科学，2009(16).

[2]称重式降水传感器的算法[C].节能减排战略与测控技术发展学术研讨会，2011.

ClassNo.:P414.9DocumentMark：A

(责任编辑：郑英玲)

WorkingPrincipleofTypeDSC3WeighingPrecipitationSensor

Chen ZhiGuo

(Jixi Meteorological Bureau, Jixi, Heilongjiang 158100，China)

The paper analyzed the working principles of Type DS3 weighing precipitation sensor. It argues that Type DS3 weighing precipitation sensor is an intelligent sensor to finish the observation of precipitation automatically , which can be used as a separate sensor to hang in the existing automatic weather station while it can send RS232/485 digital signal and use with other digital or bus system and terminal network.

weighing precipitation sensor；working principle

陈志国，硕士，工程师,黑龙江省鸡西市气象局。

1672-6758(2013)05-0157-2

P414.9

A