DNQ1型前向散射能見(jiàn)度儀現(xiàn)場(chǎng)核查方法探討

胡蒼龍，李曉紅

DNQ1型前向散射能見(jiàn)度儀現(xiàn)場(chǎng)核查方法探討

胡蒼龍，李曉紅

（四川省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心，四川 成都 610072）

對(duì)《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，然后以DNQ1型前向散射能見(jiàn)度儀為例，介紹了如何使用PWA12能見(jiàn)度儀校準(zhǔn)套件作為現(xiàn)場(chǎng)核查標(biāo)準(zhǔn)，按照核查方法對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查，并且結(jié)合工作實(shí)際對(duì)現(xiàn)場(chǎng)核查中的一些注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹，為前向散射式能見(jiàn)度儀現(xiàn)場(chǎng)核查工作提供技術(shù)參考。

前向散射式；能見(jiàn)度儀；現(xiàn)場(chǎng)核查；現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，能見(jiàn)度已成為自動(dòng)氣象觀測(cè)的重要組成要素，前向散射能見(jiàn)度儀基于其性能優(yōu)勢(shì)，在中國(guó)氣象部門(mén)縣級(jí)臺(tái)站得到普及與應(yīng)用[1]。為了保證前向散射能見(jiàn)度儀測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，中國(guó)氣象局出臺(tái)了《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》。本文選取了最常用的DNQ1型前向散射能見(jiàn)度儀，介紹如何使用PWA12能見(jiàn)度儀校準(zhǔn)套件作為現(xiàn)場(chǎng)核查標(biāo)準(zhǔn)，按照《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查，并且結(jié)合工作實(shí)際對(duì)現(xiàn)場(chǎng)核查中的一些注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹，為前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法工作提供技術(shù)參考。

1 《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》簡(jiǎn)要介紹[2]

1.1 前向散射式能見(jiàn)度儀的核查業(yè)務(wù)流程

前向散射式能見(jiàn)度儀的核查業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 能見(jiàn)度儀核查業(yè)務(wù)流程圖

1.2 觀測(cè)站前向散射式能見(jiàn)度儀現(xiàn)場(chǎng)核查

本文介紹利用經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)后的核查套件，對(duì)觀測(cè)站前向散射式能見(jiàn)度儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查，其具體內(nèi)容如下。

1.2.1 環(huán)境條件

晴朗天氣，能見(jiàn)度大于10 km；避免明亮光線直射。

1.2.2 指標(biāo)要求

信號(hào)強(qiáng)度值誤差：±10%。

1.2.3 核查項(xiàng)目

信號(hào)強(qiáng)度值誤差。

1.2.4 核查方法

1.2.4.1 核查前的準(zhǔn)備

檢查鏡頭區(qū)域是否有蛛網(wǎng)、樹(shù)葉等異物，如果有必須清除；使用皮吹或?qū)Ｓ苗R頭紙清潔發(fā)射鏡頭和接收鏡頭表面灰塵；使用皮吹或?qū)Ｓ苗R頭紙清潔散射板和中性衰減濾光片表面污染；連接計(jì)算機(jī)，確保通信正常。

1.2.4.2 外觀檢查

能見(jiàn)度儀應(yīng)有型號(hào)、出廠編號(hào)等明顯標(biāo)識(shí)，外型結(jié)構(gòu)應(yīng)完好。

1.2.4.3 信號(hào)強(qiáng)度值的核查

外觀檢查合格的能見(jiàn)度儀才能進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度值核查。

1.2.4.4 操作步驟

在能見(jiàn)度儀接收端安裝遮光板，穩(wěn)定后讀取能見(jiàn)度儀示值，如果未達(dá)到標(biāo)稱量程上限值，終止操作；取下遮光板，安裝散射板，穩(wěn)定后讀取能見(jiàn)度儀輸出信號(hào)值，填寫(xiě)核查記錄表；在發(fā)射端再安裝中性衰減濾光片A，穩(wěn)定后讀取能見(jiàn)度儀輸出信號(hào)值，填寫(xiě)核查記錄表；替換中性衰減濾光片A為B，穩(wěn)定后讀取能見(jiàn)度儀輸出信號(hào)值，填寫(xiě)核查記錄表。

1.2.4.5 信號(hào)強(qiáng)度值的誤差計(jì)算

以核查套件信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)稱值為標(biāo)準(zhǔn)，按式（1）計(jì)算被核查能見(jiàn)度儀輸出信號(hào)強(qiáng)度值的示值誤差：

式（1）中：△（+）為被核查能見(jiàn)度儀信號(hào)強(qiáng)度值誤差；（+）為被核查能見(jiàn)度儀輸出信號(hào)強(qiáng)度值；（+）r為核查套件對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)稱值。

值得注意的是，=0、或分別對(duì)應(yīng)安裝散射板時(shí)的（）、安裝散射板和中性衰減濾光片A組合時(shí)的（+）、安裝散射板和中性衰減濾光片B組合時(shí)的（+）的三種情況。

1.2.5 核查結(jié)果的處理

如果|△（+）|≤10%，則判定被核查能見(jiàn)度儀合格；否則返廠或者送國(guó)家氣象計(jì)量站能見(jiàn)度儀檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)。

2 DNQ1型前向散射式能見(jiàn)度儀工作原理[3-4]

DNQ1型前向散射式能見(jiàn)度儀由發(fā)射器、接收器、控制器、電源、安裝支架等部件構(gòu)成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，光學(xué)探測(cè)原理如圖3所示。

圖2 DNQ1型前向散射式能見(jiàn)度儀硬件結(jié)構(gòu)圖

圖3 DNQ1型前向散射式能見(jiàn)度儀光學(xué)探測(cè)原理

發(fā)射器通過(guò)紅外發(fā)光管，產(chǎn)生紅外光通過(guò)鏡頭在大氣中形成接近平行的光柱。接收器將采樣區(qū)內(nèi)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(zhuǎn)換為與大氣能見(jiàn)度成反比的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)處理后送至控制器的數(shù)據(jù)采集板，經(jīng)CPU取樣和計(jì)算得到采樣區(qū)內(nèi)大氣的特定方向的前向散射光的強(qiáng)度值，由此估算出總的散射量，從而得到透過(guò)量，由此計(jì)算得到大氣能見(jiàn)度的值。

3 PWA12校準(zhǔn)套件介紹及應(yīng)用

3.1 PWA12校準(zhǔn)套件簡(jiǎn)要介紹

PWA12校準(zhǔn)套件由一個(gè)遮光板和散射板構(gòu)成，其中散射板由兩個(gè)散射特性已知的不透明玻璃片組成。遮光板用于核查能見(jiàn)度儀標(biāo)稱量程上限值，散射板用于核查或校準(zhǔn)能見(jiàn)度儀信號(hào)強(qiáng)度值。

3.2 PWA12校準(zhǔn)套件應(yīng)用

以下介紹按照《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》對(duì)DNQ1型前向散射能見(jiàn)度儀進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)核查。

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)核查準(zhǔn)備工作

核查前對(duì)散射板進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否有磨損，如果磨損嚴(yán)重，不可用來(lái)核查或校準(zhǔn)；將能見(jiàn)度串口連接線通過(guò)串口線接在計(jì)算機(jī)終端，并設(shè)置串行通信端口為9 600波特，偶數(shù)奇偶性，7個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，過(guò)程中無(wú)需斷電，但此時(shí)段能見(jiàn)度數(shù)據(jù)不可用，串口線連接如圖4所示。

圖4 串口線連接

3.2.2 能見(jiàn)度儀清潔

用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的異丙醇、酒精溶液浸濕不起毛的軟布擦拭鏡頭。不要?jiǎng)潅R頭表面，鏡頭很快變干燥則表明透鏡加熱功能正在運(yùn)行。檢查機(jī)罩和鏡頭沒(méi)有積存冷凝水、冰和雪。將機(jī)罩內(nèi)外表面的灰塵擦去。正確清潔光學(xué)表面后，通過(guò)計(jì)算機(jī)終端先發(fā)送OPEN命令進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，再發(fā)送CLEAN命令，確定能見(jiàn)度儀的污染報(bào)警參數(shù)，儀器工作時(shí)，達(dá)到污染參數(shù)會(huì)發(fā)出報(bào)警，不產(chǎn)生能見(jiàn)度值。

3.2.3 能見(jiàn)度儀量程上限值現(xiàn)場(chǎng)核查

被核能見(jiàn)度儀接收器安裝遮光板后，通過(guò)計(jì)算機(jī)終端發(fā)送ZERO命令，DNQ1能見(jiàn)度儀應(yīng)答為ZERO SIGNAL： OK>，具體情況如圖5所示。

注：35000為被核能見(jiàn)度儀的量程上限值。

3.2.4 能見(jiàn)度儀信號(hào)強(qiáng)度值的現(xiàn)場(chǎng)核查

在被核能見(jiàn)度儀安裝散射板，散射板由兩個(gè)散射特性已知的不透明玻璃片組成，標(biāo)注為發(fā)射的玻璃片安裝在能見(jiàn)度儀的發(fā)射器上，標(biāo)注為接收的玻璃片安裝在能見(jiàn)度儀的接收器上；發(fā)送CHECK命令，1 min后通過(guò)計(jì)算機(jī)終端讀取被核能見(jiàn)度儀測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度值，將被核信號(hào)強(qiáng)度值同散射板對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)稱值相比較，按照《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》信號(hào)強(qiáng)度值的誤差計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，如果誤差小于等于±10%，表示被核查能見(jiàn)度儀合格，發(fā)送CLOSE命令退出調(diào)試狀態(tài)，能見(jiàn)度儀恢復(fù)運(yùn)行。

4 能見(jiàn)度儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)[5]

《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》規(guī)定信號(hào)強(qiáng)度值誤差大于±10%時(shí)，需返廠或送國(guó)家氣象計(jì)量站能見(jiàn)度儀檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)。但是，通過(guò)咨詢能見(jiàn)度儀生產(chǎn)廠家和試驗(yàn)表明DNQ1能見(jiàn)度儀核查信號(hào)強(qiáng)度值誤差大于±10%且小于等于±50%時(shí)，可以利用PWA12校準(zhǔn)套件配備的散射板對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。安裝散射板，通過(guò)計(jì)算機(jī)終端先發(fā)送OPEN命令進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，再發(fā)送FCAL命令對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)（FCAL后面的數(shù)字為散射板對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)稱值），最后對(duì)能見(jiàn)度儀進(jìn)行重新核查，檢查其信號(hào)強(qiáng)度值誤差是否不大于《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》規(guī)定的±10%。能見(jiàn)度儀校準(zhǔn)終端應(yīng)答如圖6所示。

圖6 能見(jiàn)度儀校準(zhǔn)終端應(yīng)答圖

5 結(jié)論

本文結(jié)合《前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）》和PWA12能見(jiàn)度儀校準(zhǔn)套件，介紹如何對(duì)DNQ1型前向散射能見(jiàn)度儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查及校準(zhǔn)，并對(duì)核查方法進(jìn)行一定的解讀，為技術(shù)人員正確開(kāi)展DNQ1型前向散射能見(jiàn)度儀現(xiàn)場(chǎng)核查和校準(zhǔn)工作提供了技術(shù)參考。

［1］中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心，江蘇省氣象局，安徽省氣象局，等.前向散射能見(jiàn)度儀觀測(cè)規(guī)范［M］.北京：中國(guó)氣象局，2011.

［2］中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心，江蘇省氣象局，安徽省氣象局，等.前向散射式能見(jiàn)度儀核查方法（試行）［S］.北京：中國(guó)氣象局，2018.

［3］陳美紅.前向散射式能見(jiàn)度儀信息特性研究［D］.南京：南京信息工程大學(xué)，2007.

［4］李艷，張?chǎng)危醢亓郑?DNQ1型能見(jiàn)度儀工作原理及維護(hù)實(shí)例［J］.陜西氣象，2016（5）：34-36.

［5］朱樂(lè)坤，李林.前向散射能見(jiàn)度儀校準(zhǔn)技術(shù)［J］.氣象科技，2013，41（16）：1003-1007.

P412

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.041

2095－6835（2019）15－0103－03

胡蒼龍（1980—），本科，主要研究方向?yàn)闅庀髢x器測(cè)量與計(jì)量。

〔編輯：張思楠〕