CJY-1G前向散射能见度仪的原理分析

代华龙

(驻马店市气象局,河南驻马店 463000)

CJY-1G前向散射能见度仪的原理分析

代华龙

(驻马店市气象局,河南驻马店 463000)

随着气象业务体制改革的不断深入,以前人工估测的能见度气象要素改为自动化仪器观测,洛阳凯迈(环测)公司生产的CJY-1G型前向散射能见度仪作为一种智能化的新一代大气能见度监测设备,2013年在气象台站装备较多, 本文分析了该型仪器的工作原理和内部结构,以期给用户工作中参考。

CJY-1G能见度仪 原理 组成 维护

能见度(Visibility),是反映大气透明度的一个指标,在气象学中,能见度用气象光学视程表示。气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量,在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。能见度和当时的天气情况密切相关。当出现降雨

(雪)、雾、霾、沙尘暴等天气过程时,大气透明度较低,因此能见度较差。测量大气能见度一般可用目测的方法,但是,能见度的估计受许多主观的和物理的因素的影响,近年来,随着气象业务体制改革的不断深入和服务的需要,我国大部分气象台站都安装了能见度仪,基本实现了能见度的自动化观测。

1 CJY-1G能见度仪工作原理

散射能见度仪通过测量散射系数从而估算出气象光学视程。

大气中光的衰减是由散射和吸收引起的,在一般情况下,吸收因子可以忽略,而经由水滴反射,折射或衍射产生的散射现象是影响能见度的主要因素。故测量散射系数的仪器可用于估计气象光学视程(MOR)。当前向散射角在20°～50°范围时,不论是浓度改变还是粒径分布不同,同一散射角的散射强度和消光系数总成正比。

发射器通过红外发光二极管发出一束红外光射入大气中,发射光束和接收视场的光轴相交,其夹角为35°,发射光束扩散角为6°,最大接收视场角约为10°,接收器将采样区内散射光汇聚到光电传感器的接收面上,并将其转换为电信号,此信号经处理后送至电控箱的数采板,经CPU采样和计算后得到能见度值。

2 CJY-1G能见度仪组成

CJY-1G型能见度仪,由硬件和软件组成。

2.1 硬件部分

主要有传感器、采集器和外围设备三部分。

2.1.1 传感器包括发射器、接收器、背景亮度传感器

发射器由发光管、发射光学系统、发射驱动单元、污染检测光电管、能量检测光电管以及加热单元等组成,主要用于发射扩散角为6°的调制红外光,同时具有发光能量和镜头污染检测功能,装于圆形的外壳内。

接收器由光电传感器、接收光学系统、接收单元和加热单元等组成,用于接收被测样本粒子散射的红外光束强度。光电二极管将接收到的信号经放大、滤波、移相送至同步解调器解调出和发射光同频同相的前向散射信号,再经低失调电压温漂的低通滤波器、放大器后送至数采单元。

（4）计算机操作系统配套研发。该厂新技术研发人员利用计算机建立一套企业定额管理操作系统，将检修项目的计划委托书、预提交工作量、工作量验收、结算、审计连成一个系统，运用此系统实现了检修定额的套用、计费、计税金、汇总形成最终工程造价文件。有了此系统，能实时掌控检修成本的发生。

背景亮度传感器主要由背景亮度光学系统及背景亮度电路组成,装于圆形的外壳内。

背景亮度传感器接收20°～40°仰角的天空背景亮度,由符合人眼视觉特性的光电二极管转换为电流信号,经放大器转换放大后送到数采板,经CPU处理为背景亮度数据送至上位机。

2.1.2 数据采集部分指数据采集箱,内含接口单元、中央处理单元、存储单元和显示单元

单片机根据当时的能见度控制发光管电流,在发光管工作时采集散射、能量、污染信号,在发光管不工作时采集全部信号(含基准电压和0V电压),在每个工作周期进行一次校零及A/D转换器标定,通过比较运算剔除零点漂移和漂移的影响。每分钟进行四次采样,输出一个平均值(又称瞬时值)。

2.1.3 外围设备包括通信接口

通信接口使用RS-232或RS-485。通过外接无线传输模块,可以扩展通信距离。无线传输模块的类型有GPRS、CDMA等。无线传输时,可以实现多点传输,至少可同时将数据发到2个数据中心站。

2.2 软件部分

分为采集软件和业务软件两部分。

2.2.1 采集软件

由厂家提供,写在采集器中。遵守能见度规范及其它气象技术标准。能对传感器按预定的采样频率进行扫描和将获得的电信号转换成微控制器可读信号,得到气象变量测量值序列;对气象变量测量值进行转换,使传感器输出的电信号转换成气象单位量,得到采样瞬时值。

2.2.2 业务软件

地面气象业软件目前为ISOS或OSSMO5．0。其功能包括：参数设置、实时数据显示、数据存储、报文生成、数据质量控制。

3 日常维护

(1)透镜、遮光罩、背景亮度传感器的清洁。定期清洁的时间间隔取决于仪器的使用环境,通常每2个月清洁1次。根据设备附近环境的情况,延长或缩短擦拭镜头的时间间隔(遇沙尘、降雪等影响能见度天气现象时,应及时清洁)。①用酒精浸湿脱脂棉,擦拭透镜,注意不要划伤透镜表面;②检查遮光罩和透镜表面,确保没有水滴凝结或冰雪覆盖;③擦除遮光罩内外表面上的灰尘;④用稀释清洁液浸湿的脱脂棉,轻轻擦拭清洁背景亮度传感器镜头;⑤擦除背景亮度传感器遮光罩内外的灰尘及其它污物。

(2)守班期间,每个正点前10分钟应查看能见度自动观测数据。发现数据错误或异常应及时处理,启动维护或维修程序。

(3)每日日出后和日落前巡视能见度仪,发现能见度仪(尤其是采样区)有蜘蛛网、鸟窝、灰尘、树枝、树叶等影响数据采集的杂物,应及时清理。

(4)每月检查供电设施,保证供电安全。每三个月要对蓄电池进行充放电一次。

(5)定期检查、维护的情况应记入值班日志中。对能见度自动观测数据有影响的还要摘入备注栏。检查时应尽量避免用手电筒等光源照射能见度观测设备。

[1]前向散射能见度仪观测规范(试行).中国气象局,2009.

[2]CJY-1G型能见度仪使用说明书.洛阳凯迈(环测)有限公司.

代华龙(1973-),男,汉族,河南平舆人,工程师,主要从事大气探测和业务管理工作。