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1、附件前向散射能见度仪功能规格需求书（试行）中国气象局综合观测司2011-411目 录1 前言11.1编写目标和原则11.2编写依据12 基本原理12.1定义12.2测量原理23 组成结构23.1传感器部分33.2数据采集部分33.3外围设备34 功能要求34.1数据采集34.2数据处理34.3数据存储34.4数据传输44.5数据质量控制44.6终端操作命令44.7加热55 技术要求55.1测量要求55.2传感器要求65.3可靠性要求75.4电源75.5功耗76 其他要求76.1文件要求76.2电磁兼容76.3工作环境适应性86.4电源安全性96.5防雷106.6结构和外观107 前向散射能见度
2、仪的检测101 前言1.1编写目标和原则随着科学技术的不断发展，气象监测能力不断提高，社会对天气预报、气象监测和灾害性天气的预警能力的需求日益提高。目前气象能见度要素仍然依靠人工目测进行观测，远远不能满足气象业务、服务（高速公路、航空等）和科学研究的需要。给出能见度自动探测设备的指导性要求，有利于推进我国能见度要素观测的自动化进程，从而提升气象观测能力和准确度，满足气象业务、公共服务、专业服务需求。1.2编写依据1）地面气象观测规范2）气象仪器和观测方法指南（第七版）2 基本原理2.1定义2.1.1气象光学视程（MOR）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
3、过的路径长度。2.1.2亮度对比目标物的亮度与其背景亮度之差同背景亮度之比值。2.13对比阈值人眼能察觉的最小亮度对比。2.1.4白天气象能见度指视力正常(对比阈值为0.05)的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物(黑色、大小适度)的最大距离。2.1.5夜间气象能见度按如下两种方式定义：a)假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离；b)中等强度的发光体能被看到和识别的最大水平距离。2.1.6消光系数色温为2700K的白炽光源发出的平行光束经过大气中单位距离的路径损失的那部分光通量。2.1.7发现距离能见度目标物处于“模糊可见”光学状态时
4、的距离，此时观测员观测目标物与背景的亮度视觉对比感阈为0.05。2.1.8消失距离能见度目标物处于即将消失光学状态时的距离，此时观测员观测目标物与背景的亮度视觉对比感阈为0.02。2.2测量原理当前向散射角在2050度范围时，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。前向散射能见度仪由发射器和接收器组成，采用前向散射法，取前向散射角2545之间。由接收器接收到的散射光的强度，计算被采样大气的消光系数。根据柯西米德定律计算气象光学视程（MOR）MOR=-ln()/式中：MOR气象光学视程，为对比阈值，为消光系数。当 0.05 时：MOR=2.996/3 组成结构前向
5、散射能见度仪由传感器、数据采集、外围设备等部分组成。传感器部分和数据采集部分可以通过电缆直接连接，也可以通过室外接线盒连接。3.1传感器部分传感器部分包括发射器、接收器和控制处理器等。3.2数据采集部分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等。若有室外接线盒，则室外接线盒也属于数据采集部分。数据采集箱可以安装在室内，也可以安装在室外。3.3外围设备包括终端微机和不间断电源。4 功能要求4.1数据采集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
6、采样瞬时值。 4.2数据处理对采样瞬时值，根据规定的算法，计算出瞬时气象值（分钟）。计算出气象观测需要的统计量，如一个或多个时段内的极值数据、专门时段内的总量、不同时段内的平均值以及累计量等。将采样瞬时值数据、瞬时气象值（分钟）数据、小时正点数据和监控数据等写入数据存储单元，同时形成相应数据文件实时写入终端微机。4.3数据存储4.3.1采集器存储器1小时的采样瞬时值、7天的瞬时气象（分钟）值、1月的正点气象要素值。数据存储可以使用循环式存储器结构，即允许最新的数据覆盖旧数据。采集器内部的数据存贮器应具备掉电保存功能。4.3.2终端微机终端微机是最常用的存储设备。在微机的磁盘存储器中，存储全部需
7、要存储的数据，包括经过处理的数据、人工输入数据、质量控制情况信息（内部管理数据）等。4.4数据传输传输方式为RS-232和RS-485两种。采集器与终端微机间的信号传输距离应不小于 200 m。在规定的传送距离之内，信号传送质量不应因改变线缆的长度而降低。4.5数据质量控制能见度数据质量控制应符合第二代自动气象站功能规格书中相关规定。4.6终端操作命令4.6.1监控操作命令监控操作命令至少应包括以下内容：a)设置或读取数据采集器的通讯参数；b)读取数据采集器的基本信息；c)数据采集器自检；d)设置或读取数据采集器日期；e)设置或读取数据采集器时间；f)设置或读取气象观测站的区站号；g)设置或读
8、取气象观测站的纬度；h)设置或读取气象观测站的经度；i)读取数据采集器机箱温度；j) 读取数据采集器实时状态信息。4.6.2数据质量控制参数操作命令数据质量控制参数由采集器嵌入式软件确定，可由用户设置的操作命令应包括传感器测量范围值和要素的质量控制项的内容。a)设置或读取传感器测量范围值；b)设置或读取要素质量控制参数。4.6.3观测数据操作命令观测数据操作命令至少应包括以下内容：a)下载分钟数据；b)下载十分钟数据；c)下载小时数据；d)读取采样数据；e)下载数据文件。4.6.4报警操作命令报警操作命令至少应包括以下内容：a)设定气象阈值，出现报警时，具备报警解除功能，例如：低能见度报警等；
9、b)传感器、采集器出现异常或故障时报警；c)感应传感器镜头是否有污染，并根据污染程度提供报警；d)通信中断超过规定时限后，终端微机应发出报警信号。4.7加热根据天气情况，对镜头进行加热防止镜头表面结露、结霜、积雪等。5 技术要求5.1测量要求5.1.1测量范围10m30km（及以上）。5.1.2准确度1.5km，10%；1.5km，20%。5.1.3输出数值每分钟输出瞬时气象（分钟）值和10分钟平均值。a) 瞬时气象（分钟）值为代数平均 式中：观测时段内气象变量的平均值；观测时段内第 个气象变量的采样瞬时值（样本），其中，“错误”、“可疑”等非“正确”的样本应丢弃而不用于计算，即令；N观测时段
10、内的样本总数，由“采样频率”和“平均值时间区间”决定；观测时段内“正确”的样本数（）。b)10分钟平均值10分钟平均值每分钟输出一次，是在瞬时气象（分钟）值基础上的加权滑动平均。5.2传感器要求5.2.1主散射角2545。5.2.2光源波长近红外或红外。5.2.3采样体积接收视场应大于发射波束宽度，采样体积一般不小于0.8L。5.2.4采样区中心高度国家级气象观测台站能见度仪采样区中心高度定为2.8m。各类专业服务观测站建设的能见度仪采样中心高度为2.0m-3.0m。推荐公路交通气象站能见度仪采样中心高度约为2.8m。5.2.5调制频率不少于100Hz。5.2.6采样频率不少于每分钟4次。5.
11、3可靠性要求产品应进行可靠性设计、试验和验证工作。平均故障间隔时间（MTBF）大于3600小时。5.4电源单相交流供电：电压220V（10%），频率50Hz（6%）；直流供电：电压12V（5%）。5.5功耗非加热状态，不大于30W；加热状态，-25以上时不大于30W +100W；加热状态，-45以上时不大于30W +300W；6 其他要求6.1文件要求随同前向散射能见度仪应提供含有下述内容的文件：产品检测合格证书；技术说明书；操作使用和维护维修手册。从上述文件应能够获得技术帮助及制造厂或供货方的名称、地址和尽可能多的通讯联系方式。6.2电磁兼容6.2.1静电放电抗扰度要求 前向散射能见度仪的静
12、电放电抗扰度应满足GB/T17626.2-1998中规定的等级4的要求。对操作人员可能触及的点和表面施加8kV或15kV空气放电，在放电和放电衰减期，允许前向散射能见度仪超差工作，但在放电衰减之后应自行恢复到正常工作状态；在放电中和放电后储存的程序不能有变化，不能改变状态。6.2.2射频电磁场辐射抗扰度试验前向散射能见度仪的射频电磁场抗扰度应满足GB/T17626.3-1998中规定的等级3要求。将前向散射能见度仪置于频率范围为80MHz1GHz、射频电磁场场强度为10V/m的环境工作时，不应出现故障，并应符合前向散射能见度仪技术条件的要求。6.2.3浪涌(冲击)抗扰度试验前向散射能见度仪的浪
13、涌（冲击）抗扰度应满足GB/T17626.5-1999中规定的等级4的要求，在浪涌冲击过后仪器应能自动恢复正常工作。注1:浪涌试验的浪涌电压、电压波形及源阻抗要求如下：a）对前向散射能见度仪的电源线线间施加2kV、对线地施加4kV的一个1.2/50S的浪涌电压（浪涌电流为8/20S），信号源内阻为12；b）对通信接口的非屏蔽信号线地间施加4kV，线线间施加2kV浪涌电压，信号源内阻为42，长距离通信（如RS-485接口）的波形为10/700S，短距离通信（如RS-232接口）的波形为1.2/50S。c）通信接口的屏蔽信号线的试验配置见GB/T 17626.5-1999中的7.5条，浪涌电压为4
14、kV，波形为1.2/50S。注2：浪涌(冲击)抗扰度即为防雷要求。6.3工作环境适应性 6.3.1气候环境6.3.1.1产品在以下环境下应正常工作：a)环境温度:45C50Cb)相对湿度:10100RHc)大气压力:450hPa1060hPad)太阳辐射:1120w/m2e)抗风能力:75m/sf)降水强度:6 mm/min6.3.1.2 产品在以下环境贮存后，应正常工作：a) 环境温度: 50C60Cb) 相对湿度: 95%RH6.3.2生物条件应采取适当的防霉菌措施，但除非使用在特殊的环境条件或使用方有要求时，不必通过长霉试验来鉴定其抗霉菌能力。应采取适当的防止动物损坏措施，如鼠咬、蚁啃等
15、。6.3.3化学活性物质工作在正常大气条件下的前向散射能见度仪，应在材料、表面涂覆和工艺上采取相应的措施，使其具有一定的抗化学活性物质危害的能力。用于沿海、海岛等环境的前向散射能见度仪，必须考虑大气中盐雾对前向散射能见度仪的影响，在材料、表面涂覆和工艺上采取必要的措施，使其具有足够的抗化学活性物质危害的能力，在产品寿命期内不致因腐蚀而引起产品的失效。盐雾试验时间应不少于48小时，其他试验条件符合有关行业或国家标准的要求。6.3.4机械条件在产品规定包装条件下正弦稳态振动：位移 1.5mm加速度 5 m/s2频率 29Hz ；9200Hz非稳态振动（冲击）：峰值加速度 40 m/s2自由跌落：高
16、度0.25m在产品规定包装条件下，倾跌角度：306.4电源安全性6.4.1绝缘电阻使用市电的前向散射能见度仪，在电源的初级电路和机壳绝缘电阻不小于2M。6.4.2泄漏电流使用市电的前向散射能见度仪泄漏电流值不得超过3.5mA。6.4.3抗电强度使用市电供电的前向散射能见度仪，电源的初级电路和机壳间应能承受幅值1500V，电流5mA的冲击耐压试验，历时一分钟，试验中不应出现飞弧和击穿。试验结束后前向散射能见度仪能正常工作。电源引入端子与机壳间的绝缘电阻在正常环境条件下应不小于100MW。6.5防雷应具备防直接雷击和防雷击电磁脉冲的措施,防雷安全要求和设计应符合行业标准的要求，室外部分应符合6.2
17、.3的要求。防雷类别的确定：根据QX4-2000第6条的规定确定防雷类别。6.6结构和外观6.6.1机械结构机械结构应利于装配、调试、检验、包装、运输、安装、维护等工作，更换部件时简便易行。各零部件应安装正确、牢固，无机械变形、断裂、弯曲等，操作部分不应有迟滞、卡死、松脱等。6.6.2机械强度前向散射能见度仪和各种部件，如立柱、传感器安装支撑件等，应有足够的机械强度和防腐蚀能力，确保在产品寿命期内，不因外界环境的影响和材料本身原因而导致机械强度下降而引起危险和不安全。6.6.3材料与涂复应选用耐老化材料、抗腐蚀材料、良好的电气绝缘材料等，禁止使用不符合有关国家标准或行业标准的劣质材料。各零部件，除用耐腐蚀材料制造的外，其表面应有涂、敷、镀等工艺措施，以保证其耐潮、防霉、防盐雾的性能。需要涂复的零件，表面涂、敷、镀层应均匀，覆盖面达 100 %。6.6.4外观外观应整洁，无损伤和形变，表面涂层无气泡、开裂、脱落等现象。7 前向散射能见度仪的检测生产厂家应针对功能规格需求书中所列的各项技术要求应根据需要，提供具备认证资质单位开具的证明材料。前向散射能见度仪具体测试按第二代自动气象站功能规格书测试大纲和前向散射能见度仪考核方案实施。