HY—V35型能见度仪工作原理及安装维护

司方坤++徐健鹏++张希宏

摘要 介绍了在气象业务中常用的HY-V35型前向散射式能见度仪的工作原理、结构组成、安装流程、日常维护和校准方法，以为广大的观测员提供参考。

关键词 HY-V35；前向散射；能见度仪

中图分类号 S163 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）18-0255-01

能见度是气象观测项目之一，是反映大气的浑浊程度的一个光学指标，是表征近地表大气透明程度的一个重要物理量，并可以在特定条件下分析空气污染的程度。近年来，唐山市气象部门建设了5套HY-V35型自动能见度观测仪，能见度由自动观测代替人工观测，使得稳定性和测量精度大大提高，也给天气预报提供了更加准确的数据资料和科学依据。该文重点介绍HY-V35型能见度仪的工作原理、安装流程、维护和校准方法，为广大观测员提供参考。

1 工作原理

HY-V35型能见度仪是基于大气中的颗粒物（气溶胶和细小水颗粒等）的前向散射原理而设计的，是继透射式能见度仪后发展起来的新一代气象能见度监测设备。通过测量小体积空气对光的散射系数，得到采样气体的消光系数，再得出气象光学能见度。HY-V35型前向散射式能见度仪由发射器、接收器、电源/控制器和机架等组成[1]。

发射器由红外线LED、控制和触发电路、红外线强度传感器和反向散射信号强度传感器组成。变送器装置以2 kHz的频率使红外线LED产生脉冲波。红外线强度传感器监控发射光强度，测量的变送器强度用于自动使红外线LED的强度保持为预设值。反向散射信号强度传感器测量从镜头、其他对象或污染物向后散射的光，此信号也由CPU监控。

接收器由PIN光二极管、前置放大器、电压到频率转换器、反向散射测量光源LED以及一些控制和定时电子器件组成。接收PIN光二极管检测从采样空气柱内悬浮颗粒散射且被镜头聚焦（特定方向的散射光）的光脉冲。信号电压由与变送器同步的相敏锁定放大器进行过滤和检测。大于30 kcd/m2的环境光照强度不会影响光二极管的检测，也不会使前置放大器饱和[2]。发射器通过红外发光管，产生红外光通过镜头在大气中形成接近平行的光柱。接收器将采样区内大气的特定方向的前向散射光汇集到光电传感器的接收面上，并将其转换为与大气能见度成反比关系的电信号。此信号经处理后送至控制器的数据采集板，经CPU取样和计算得到采样区内大气的特定方向的前向散射光的强度值，由此估算出总的散射量（与仪器的结构决定的采样角度有关），从而得到透过量，由此计算得到大气能见度的值。

2 安装流程

2.1 安装环境

合适的环境对HY-V35的测量非常重要，主要要求如下：一是安装位置的能见度测量值应能代表周围的天气状况。二是安装位置不能有影响光学测量的障碍物和反射表面，也不能有明显的污染源。三是安装位置必须有可利用的电源和通讯线路。

2.2 基础及预埋件

设备安装前应做好水泥基础，并将厂家预先发的预埋件置于其中，水泥基础尺寸以600 mm×600 mm×500 mm为宜，基础表面要尽量做到水平。

2.3 设备安装

具体操作步骤如下：①将立杆架在预埋件上，固定螺栓。②将接地杆安装在离立杆尽可能近的地方，接地电阻必须小于10 Ω[3]。③将能见度安装架安装在立杆的顶端，调好方位，固定螺栓。④将能见度传感器安装在卡具或横臂上，要求距地高2.8 m，接收器指向北方，发射器指向南方[4]。⑤把HY-V35的线缆（信号和电源电缆）从立杆内部穿过后与机箱下面的固定连接器连接。线缆连接器必须与传感器机壳上的插座完全紧密连接，不应松动。⑥HY-V35机壳利用供电/数据电缆屏蔽线接地。将供电线和数据线从机箱引出，分别接往供电系统和远程终端。将远程设备，如PC数据记录终端、显示器等接地，以免遭受雷击。⑦给系统供电，开始测试设备。

3 日常维护

前向散射能见度仪投入气象业务运行后，应做好日常巡视、维护等工作。一是现场维护操作中，观测员切忌长时间直视发射端镜头，避免损伤眼睛。二是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（可在基座、支架管内放置硫磺，预防蜘蛛）。及时清除太阳能板上的灰尘、积雪等。三是无线传输的能见度仪器，每月定期检查无线通讯卡上的费用，提前充值。四是每月检查供电设施，保证供电安全。每3个月要对蓄电池进行充放电1次。五是每年春季对防雷设施进行全面检查，复测接地电阻，接地电阻必须小于10 Ω。六是检查时应尽量避免用手电筒等光源照射能见度观测设备[5]。七是HY-V35 发射器和接收器单元的镜头的清洁应该每6个月进行1次或几次。清洁过程如下：①用异丙醇润湿无绒软布，然后擦拭镜头。注意不要刮伤镜头表面。镜头应保持干燥，以指示镜头加热功能正常。②确保护罩和镜头没有冷凝水、积雪或积冰。③擦去护罩内表面和外表面的灰尘。④正确清洁光学表面后，发出CLEAN命令（需要现场维护，或通过中心站发送此命令）。

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4 仪器校准

HY-V35已在出厂时进行了校准。通常，只要电路板没有更换或警告和警报中没有相关要求，就不需要重新执行校准。建议每年检查1次。如果检查结果显示变化小于 ±5%，建议不要重新校准，因为变化在校准过程的可重复性范围内。执行校准检查过程之前，请先清洁镜头。

校准步骤如下：①要阻止光路，请将挡板放在接收器护罩中，然后等待30 s。②发出ZERO命令。HY-V35应做出如下响应：ZERO SIGNAL：OK>。③移动挡板。④将校准仪板装到镜头护罩中。⑤将不透明玻璃板固定到护罩上。请注意印在玻璃板上的信号值，因为以下步骤中需要使用该值。⑥移出光路并等待30 s。⑦发出CHEC命令。⑧1 min之后读取显示的信号。⑨该信号值必须接近印在玻璃板上的值。如果差值小于5%，则校准正确。否则，请继续执行校准过程。⑩按ESC键终止CHEC命令。

如果需要根据校准检查执行校准，请按照以下说明操作：一是发出命令：CAL calibrator signal value，例如：CAL 485。HY-V35会计算新的比例因数并将其保存在非易失性存储器（EEPROM）中。二是键入CHEC以验证是否正在使用新的比例因数。如果新的比例因数与出厂校准的比例因数的差值超过20%，则会忽略CAL命令。请检查HY-V35和校准仪是否存在硬件或机械错误。如果已更换光学装置PWC10/20/50或PWT11，则与初始比例因数相比，新的比例因数可能会更改20%以上，在这种情况下，请在校准过程中使用出厂校准命令FCAL命令代替CAL。

5 结语

能见度的监测数据是为航空、航海、高速公路提供精准气象服务的重要基础，能见度由自动观测代替人工观测，使得观测稳定性和数据测量精度大大提高。气象部门广大观测人员应扎实学习能见度观测仪的工作原理、安装维护要点和仪器校准方法，并在工作中尽职尽责、积累经验，以提高设备运行的稳定率和监测数据的可靠性，为做出精准的气象服务做出贡献。

6 参考文献

[1] 华云升达（北京）气象科技有限责任公司.HY-V35前向散射能见度仪使用说明书[Z].2005.

[2] 宋树礼，汤玲.PWD20型能见度仪的构造、原理和日常维护[J].现代农业科技，2010（2）：305.

[3] 马祖胜，罗征，林月兰.能见度观测仪的日常管理与维护[J].广东气象，2013（2）：79-80.

[4] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

[5] 张毅，刘小容，钟运，等.前向散射能见度仪的工作原理及维护维修[J].气象水文海洋仪器.2015（1）：118-120.endprint