HY—V35型能見度儀工作原理及安裝維護

司方坤++徐健鵬++張希宏

摘要 介紹了在氣象業務中常用的HY-V35型前向散射式能見度儀的工作原理、結構組成、安裝流程、日常維護和校準方法，以為廣大的觀測員提供參考。

關鍵詞 HY-V35；前向散射；能見度儀

中圖分類號 S163 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）18-0255-01

能見度是氣象觀測項目之一，是反映大氣的渾濁程度的一個光學指標，是表征近地表大氣透明程度的一個重要物理量，并可以在特定條件下分析空氣污染的程度。近年來，唐山市氣象部門建設了5套HY-V35型自動能見度觀測儀，能見度由自動觀測代替人工觀測，使得穩定性和測量精度大大提高，也給天氣預報提供了更加準確的數據資料和科學依據。該文重點介紹HY-V35型能見度儀的工作原理、安裝流程、維護和校準方法，為廣大觀測員提供參考。

1 工作原理

HY-V35型能見度儀是基于大氣中的顆粒物（氣溶膠和細小水顆粒等）的前向散射原理而設計的，是繼透射式能見度儀后發展起來的新一代氣象能見度監測設備。通過測量小體積空氣對光的散射系數，得到采樣氣體的消光系數，再得出氣象光學能見度。HY-V35型前向散射式能見度儀由發射器、接收器、電源/控制器和機架等組成[1]。

發射器由紅外線LED、控制和觸發電路、紅外線強度傳感器和反向散射信號強度傳感器組成。變送器裝置以2 kHz的頻率使紅外線LED產生脈沖波。紅外線強度傳感器監控發射光強度，測量的變送器強度用于自動使紅外線LED的強度保持為預設值。反向散射信號強度傳感器測量從鏡頭、其他對象或污染物向后散射的光，此信號也由CPU監控。

接收器由PIN光二極管、前置放大器、電壓到頻率轉換器、反向散射測量光源LED以及一些控制和定時電子器件組成。接收PIN光二極管檢測從采樣空氣柱內懸浮顆粒散射且被鏡頭聚焦（特定方向的散射光）的光脈沖。信號電壓由與變送器同步的相敏鎖定放大器進行過濾和檢測。大于30 kcd/m2的環境光照強度不會影響光二極管的檢測，也不會使前置放大器飽和[2]。發射器通過紅外發光管，產生紅外光通過鏡頭在大氣中形成接近平行的光柱。接收器將采樣區內大氣的特定方向的前向散射光匯集到光電傳感器的接收面上，并將其轉換為與大氣能見度成反比關系的電信號。此信號經處理后送至控制器的數據采集板，經CPU取樣和計算得到采樣區內大氣的特定方向的前向散射光的強度值，由此估算出總的散射量（與儀器的結構決定的采樣角度有關），從而得到透過量，由此計算得到大氣能見度的值。

2 安裝流程

2.1 安裝環境

合適的環境對HY-V35的測量非常重要，主要要求如下：一是安裝位置的能見度測量值應能代表周圍的天氣狀況。二是安裝位置不能有影響光學測量的障礙物和反射表面，也不能有明顯的污染源。三是安裝位置必須有可利用的電源和通訊線路。

2.2 基礎及預埋件

設備安裝前應做好水泥基礎，并將廠家預先發的預埋件置于其中，水泥基礎尺寸以600 mm×600 mm×500 mm為宜，基礎表面要盡量做到水平。

2.3 設備安裝

具體操作步驟如下：①將立桿架在預埋件上，固定螺栓。②將接地桿安裝在離立桿盡可能近的地方，接地電阻必須小于10 Ω[3]。③將能見度安裝架安裝在立桿的頂端，調好方位，固定螺栓。④將能見度傳感器安裝在卡具或橫臂上，要求距地高2.8 m，接收器指向北方，發射器指向南方[4]。⑤把HY-V35的線纜（信號和電源電纜）從立桿內部穿過后與機箱下面的固定連接器連接。線纜連接器必須與傳感器機殼上的插座完全緊密連接，不應松動。⑥HY-V35機殼利用供電/數據電纜屏蔽線接地。將供電線和數據線從機箱引出，分別接往供電系統和遠程終端。將遠程設備，如PC數據記錄終端、顯示器等接地，以免遭受雷擊。⑦給系統供電，開始測試設備。

3 日常維護

前向散射能見度儀投入氣象業務運行后，應做好日常巡視、維護等工作。一是現場維護操作中，觀測員切忌長時間直視發射端鏡頭，避免損傷眼睛。二是每日日出后和日落前巡視能見度儀，發現能見度儀（尤其是采樣區）有蜘蛛網、鳥窩、灰塵、樹枝、樹葉等影響數據采集的雜物，應及時清理（可在基座、支架管內放置硫磺，預防蜘蛛）。及時清除太陽能板上的灰塵、積雪等。三是無線傳輸的能見度儀器，每月定期檢查無線通訊卡上的費用，提前充值。四是每月檢查供電設施，保證供電安全。每3個月要對蓄電池進行充放電1次。五是每年春季對防雷設施進行全面檢查，復測接地電阻，接地電阻必須小于10 Ω。六是檢查時應盡量避免用手電筒等光源照射能見度觀測設備[5]。七是HY-V35 發射器和接收器單元的鏡頭的清潔應該每6個月進行1次或幾次。清潔過程如下：①用異丙醇潤濕無絨軟布，然后擦拭鏡頭。注意不要刮傷鏡頭表面。鏡頭應保持干燥，以指示鏡頭加熱功能正常。②確保護罩和鏡頭沒有冷凝水、積雪或積冰。③擦去護罩內表面和外表面的灰塵。④正確清潔光學表面后，發出CLEAN命令（需要現場維護，或通過中心站發送此命令）。

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4 儀器校準

HY-V35已在出廠時進行了校準。通常，只要電路板沒有更換或警告和警報中沒有相關要求，就不需要重新執行校準。建議每年檢查1次。如果檢查結果顯示變化小于 ±5%，建議不要重新校準，因為變化在校準過程的可重復性范圍內。執行校準檢查過程之前，請先清潔鏡頭。

校準步驟如下：①要阻止光路，請將擋板放在接收器護罩中，然后等待30 s。②發出ZERO命令。HY-V35應做出如下響應：ZERO SIGNAL：OK>。③移動擋板。④將校準儀板裝到鏡頭護罩中。⑤將不透明玻璃板固定到護罩上。請注意印在玻璃板上的信號值，因為以下步驟中需要使用該值。⑥移出光路并等待30 s。⑦發出CHEC命令。⑧1 min之后讀取顯示的信號。⑨該信號值必須接近印在玻璃板上的值。如果差值小于5%，則校準正確。否則，請繼續執行校準過程。⑩按ESC鍵終止CHEC命令。

如果需要根據校準檢查執行校準，請按照以下說明操作：一是發出命令：CAL calibrator signal value，例如：CAL 485。HY-V35會計算新的比例因數并將其保存在非易失性存儲器（EEPROM）中。二是鍵入CHEC以驗證是否正在使用新的比例因數。如果新的比例因數與出廠校準的比例因數的差值超過20%，則會忽略CAL命令。請檢查HY-V35和校準儀是否存在硬件或機械錯誤。如果已更換光學裝置PWC10/20/50或PWT11，則與初始比例因數相比，新的比例因數可能會更改20%以上，在這種情況下，請在校準過程中使用出廠校準命令FCAL命令代替CAL。

5 結語

能見度的監測數據是為航空、航海、高速公路提供精準氣象服務的重要基礎，能見度由自動觀測代替人工觀測，使得觀測穩定性和數據測量精度大大提高。氣象部門廣大觀測人員應扎實學習能見度觀測儀的工作原理、安裝維護要點和儀器校準方法，并在工作中盡職盡責、積累經驗，以提高設備運行的穩定率和監測數據的可靠性，為做出精準的氣象服務做出貢獻。

6 參考文獻

[1] 華云升達（北京）氣象科技有限責任公司.HY-V35前向散射能見度儀使用說明書[Z].2005.

[2] 宋樹禮，湯玲.PWD20型能見度儀的構造、原理和日常維護[J].現代農業科技，2010（2）：305.

[3] 馬祖勝，羅征，林月蘭.能見度觀測儀的日常管理與維護[J].廣東氣象，2013（2）：79-80.

[4] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[5] 張毅，劉小容，鐘運，等.前向散射能見度儀的工作原理及維護維修[J].氣象水文海洋儀器.2015（1）：118-120.endprint