PWD22用户指南

. . 天气现象传感器 PWD22 用 户 指 南 . . 目录 第一章 概述概述.6 操作手册介绍操作手册介绍.6 安全说明安全说明.6 ESD 静电放电保护 .7 第二章 产品总体介绍产品总体介绍 .8 维萨拉能见度传感器维萨拉能见度传感器 PWD10/20.8 硬件结构硬件结构.9 使用 PWD10/20.9 产品专有名词产品专有名词.10 第三章 功能描述功能描述.11 光学测量光学测量.11 光路 .11 维萨拉发射机单元 PWT11.12 光接受机.13 背景亮度传感器 PWL111 (可选).13 BLSC 命令.14 连续模式.14 昼/夜/转换模式.14 取消 PWL111 .14 BCAL 命令.15 温度传感器 .15 运算方法运算方法.15 能见度.15 内部监测内部监测.16 内置检测.16 存储检测.17 信号监测.17 硬件监测.18 污染监测.18 第四章 安装安装.19 选择安装方位选择安装方位.19 . . 接地和防雷电保护接地和防雷电保护.20 设备接地.20 内部接地.21 远程单元和通讯电缆接地.21 安装程序安装程序.21 卸货和开箱 .21 存放.22 固定 .22 连接连接 .23 电缆连接.23 基本接线.24 PWD10/20 供电电源.25 无 PWL111(缺省)内部加热器 .26 无 PWL111 (可选) 内部加热器 .26 Hood 加热器 PWH111.26 通信选项.26 串行通信设置.27 串行 RS-232.27 串行多点传输 RS-485.27 维护终端的连接.27 继电控制.28 继电器命令 .30 初始设置.31 开机验证.32 第五章 操作操作.33 总述总述 .Error! Bookmark not defined. 操作说明操作说明.33 进入/退出命令模式.Error! Bookmark not defined. OPEN 命令.34 CLOSE 命令.35 信息类型.35 Message 0.36 Message 1.37 Message 2.37 Message 3.37 Message 4.38 Messages 5 and 6.38 Message 7.38 自动信息发送.39 信息查询 .39 命令列表命令列表.41 PWD10/20 命令.41 HELP 帮助.41 MES.42 AMES.42 系统配置命令.42 PAR.42 . . CONF.43 Hood Heaters 加热器 .47 BAUD 波特 .47 模拟输出.47 模拟输出模式.49 Mode 0 .49 Mode 1 .49 Mode 2 .50 Mode 3 .51 Mode 4 .51 模拟输出标定.51 维护命令.52 STA .53 CAL .54 CLEAN .55 ZERO .55 CHEC.56 HEAT.56 其它命令.57 TIME.57 DATE.57 RESET .58 VER.58 第六章 维护维护.59 周期性维护周期性维护.59 清洁 .60 清洁镜头和护罩.60 标定标定 .61 能见度标定 .61 标定检查程序.61 标定程序.62 拆卸和更换拆卸和更换.63 拆卸和更换光学单元.63 拆卸发射机 PWT11 .63 拆卸 PWC10/20.65 第七章 故障排除故障排除.66 常见问题常见问题.66 信息指示警告或者报警 .66 信息缺失.66 有信息无能见度值.67 能见度值持续过好.68 能见度值持续过差.68 PWD10/20 电气故障.68 . . 第八章 技术数据技术数据.70 技术参数技术参数.70 Mechanical Specifications.70 Electrical Specifications.71 Optical Specifications.71 Visibility Measurement Specifications .72 Environmental Specifications .72 APPENDIX A 内部监控值内部监控值.74 APPENDIX B PWC10/20 连接器和跳线器设置连接器和跳线器设置.78 . . 第一章 概述概述 操作手册介绍操作手册介绍 本说明书提供了能见度传感器 PWD10/20 的安装、操作和维护的 有关信息。 安全说明安全说明 维萨拉能见度传感器 PWD10/20 发货前通过安全测试. 请注意下 列安全事项: 设备接地设备接地 PWD10/20 底盘必须与地线良好连接。 爆炸性环境爆炸性环境 不要在可燃性气体存在下操作设备。任何电力设备在这样的环 境下操作都会对安全造成威胁。 维修维修 不要修改或替代设备中的零件。和 Vaisala 公司或其授权部门联 系进行维修服务。 . . 带有带有 CMOS 芯芯 片的部件片的部件 带有 CMOS 微芯片的零件卡应该在导电包装中进行运输和储存。 尽管新的 CMOS 装置受到保护，免受操作者放空静电造成的过电 压损害，但还是建议小心操作：操作者应该与地面接触。避免不 必要的零件板操作。 联邦通讯组织无线电频率干扰声明联邦通讯组织无线电频率干扰声明 美国联邦通信组织(in 47 CFR 15.838)指出必须向在美国的该产品用 户提请注意以下提示 ： 这种设备产生并使用无线电频率能量，如果不正确安装和使用， 即不严格按照厂商的指导，则会对无线电和电视接收产生干扰。 ROSA道面数据采集器的设计采用了合理的保护措施，使之消除 在高速路和机场安装时可能的干扰。但是，不能保证在特殊安装 时不产生干扰。如果这个设备对无线电和电视接收产生干扰（可 以通过开关设备来判断），建议用户使用一种或多种方法来修正 干扰： 重新定向接收天线 根据接收机的位置重新放置设备 将设备从接收机处移开 如果需要，用户可以咨询零售商或有经验的无线电/电视技师，获 取更多建议。 ESD 静电放电静电放电保护保护 静电放电 (ESD) 会对电路造成立即的或潜藏的损坏。维萨拉产品 对于它们的用途具有足够的防静电保护。但是，当在设备机壳中 接触、移动或插入任何物体时释放的静电可能会毁坏产品 请确保您没有释放高电压静电: -在正确接地和防静电保护的工作台上操作 静电敏感器件。如 果条件不允许，请在接触电路板以前把自己与设备底盘连接 接地。使用腕带和电阻连接索接地。如果上述两种方法都不 可用，用一只手接触电路板前用另一只手接触设备底盘的导 体部分。 -手持电路板边缘，避免接触元件 。 . . 第二章 产品总体介绍产品总体介绍 本章介绍 PWD22 的 特性、优点、专有名词。 维萨拉天气现象传感器维萨拉天气现象传感器 PWD22 PWD22 是一智能，多参数的传感器，可用于天气观测系统。该 传感器集成了前散射能见度仪和天气现象的功能。PWD22 能测 量液态和固态降水量和降水强度。如果配上背景亮度传感器，它 还可以测量环境亮度。 PWD22 适合用于自动气象站，尤其是要求低功耗的场合。 Table 1PWD 系列传感器型号和性能表系列传感器型号和性能表 型号型号性能性能 能见度传感器 PWD10能见度范围 10 m . 2000 m 现时天气传感器 PWD12能见度范围 10 m . 2000 m 4 种降水类型 能见度传感器 PWD20能见度范围 10 m . 20000 m 现时天气传感器 PWD22能见度范围 10 m . 20000 m 7 种降水类型 独特的工作原理使 PWD22 具有多种功能。它通过维萨拉电容式 RAINCAP 感雨器，结合 光学散射信和温度信息来估测降水量。这三种独立的测量相结合，能提供足够的数据 来做出盛行能见度和天气类型的精确判断。 . . 硬件结构硬件结构 PWD10/20 可以固定在风杆一侧，使用安装卡具安装在横臂上。 0312-113 图图 1能见度传感器能见度传感器 PWD10/20 1=发射机 2=控制/接受机 3=Blank plate 4=Pt100 温度传感器（在横杆内部） 5=安装卡具 6=Hood 加热器 (可选) 7=维萨拉亮度传感器 PWL111 (可选)的位置 使用使用 PWD22 PWD22 通常作为气象观测系统的一部分使用。 PWD10/20 输出为数字串口或者模拟电流信号。 数字串口可以被设定成为两种不同的操作模式：传感器可以被设 置为按照所选的间隔时间自动发送数据；或者由主计算机向 PWD10/20 查询数据。此串口线也作为操作员接口使用。 模拟电流信号可被用于报告主导能见度。可以由能见度限界驱动 三个继电器控制。 . . 操作员使用维护端子控制和检查 PWD10/20 的工作。由一套内置 命令和测试程序来设置和监测 PWD10/20 的各种功能。. 标准数据信息中包括一个状态字符，用于表明由内部诊断发现的 错误。如果设置了错误状态，操作员可以显示一个特殊状态信息， 包括诊断的详细结果和错误的书面描述。操作员可以利用此信息 采取纠正行动或者对维护人员提供建议。 产品专有名词产品专有名词 Table 2维萨拉能见度传感器维萨拉能见度传感器 PWD10/20 专有名词专有名词 型号型号名称名称描述描述 PWT11发射机LED 发射点路板 PWC10控制/接受机PWD10 的控制器和光二极管电路板 PWC20控制/接受机PWD20 的控制器和光二极管电路板 Table 3维萨拉维萨拉 PWD 系列天气现象传感器选项的专有名词系列天气现象传感器选项的专有名词 型号型号名称名称描述描述 PWL111背景亮度传感器 PWH111Hood 加热箔片 PWA11标定装置包括一对预先标定的散射体， 一片用于清洁镜头的和工具 的织物 16385ZZRS-232 (9-芯) 维护 电缆 连接标准 PC 通讯口 APPKP60set -1/2 75set -1/2 100set -1/2 附件卡具60 mm, 75 mm or 100 mm 卡具， 与风杆直径一致 . . 第三章 功能描述功能描述 维萨拉能见度传感器 PWD10/20 是测量能见度的光学传感器 (气 象光学, MOR). 原理为前散射测量。粒子散射光的波长的量级约 与粒子直径相似。散射的量与光束的衰减成正比 大的粒子既是反射体，又是折射体。它们对气象光学（ MOR ） 的影响必须被分别处理。通常，这些粒子是微小的降水滴。 PWD10/20 的光路可以通过快速的信号变化探测各个微小降水滴。 光学测量光学测量 光路光路 ReceiverTransmitter Sample volume 3 cm 4 cm 0403-103 图图 2PWD10/20 光学系统光学系统 PWD10/20 以 45角测量散射光。此角度对各种类型的自然 雾产生稳定的响应。作为雾，各种微小降水滴以不同的方 . . 式散射光， 它们对能见度的影响必须被分别分析。 PWD10/20 通过光学信号探测和测量微小降水滴，并利用这 些信息进行处理，得出散射测量结果。 PWD10/20 有个约 0.1 公升的小样品 (见上面图 2)。 这使得 即使在较强降水强度下各种粒子也能被测量出来。即使最 为小的降水滴产生的信号也能被探测到。 0312-130 图图 3PWD10/20 框图框图 维萨拉发射机单元维萨拉发射机单元 PWT11 发射单元由一个红外 LED、控制和触发电路、LED 强度监测器、 后散射接收机和组成。 . . 发射单元电子元件按 2kHz 频率发射红外 IRLED。一个光电二极管监 测发射光的强度，并自动调整 LED 的强度至预先设置值。CPU 监测 LEDI反馈电压，以得到 LED 的老化和可能的损毁信息。 反馈回路补偿了光发射二极管的温度和老化影响。另一方面，主动的 的补偿也轻微的加速了 LED 的老化。出于这个原因，初始 LED 电流设 置为一个值，这个值能保证至少 3 年免维护操作。 另外还有一个光电二极管测量从透镜或其它物体及污染物散射的光。 这个信号也由 CPU 监测。 控制板为发射机和接收机提供电压 Vb=10 13V。这用于加热透镜、加 热发射机 LED、产生 5V 数字电源和15V 模拟电源。电源位于 FDT12 板上。 来自 FDR12 接收机的 RES 脉冲使 IRLED 计时和接收机的锁定放大器 同步。光电反馈电路将平均 LED 电流调整至放大器 A4 反馈电阻确定的 水平。调整“LEDI”电压通过模拟多路调制器到 CPU 上进行监控。 光接受机光接受机 接收单元由 PIN 光电二极管、前置放大器、电压/频率转换器、后 散射测量光源 LED 和一些控制及计时电子元件组成。 接收 PIN 光二极管检测从悬浮颗粒散射的发射光脉冲。这个信号 电压由与发射机同步的相敏感锁定放大器进行过滤和检测。 高至 30kcd/m2 的周围光强度不会影响光二极管的检测，也不会使 前置放大器饱和。AMBL（周围光）信号进入 CPU 中用于监控。 背景亮度传感器背景亮度传感器 PWL111 (可选可选) PWL111 被用于航空能见度的计算中，例如：区分能见度计算的 昼/夜条件。 PWD10/20 每秒钟测量 PWL111 的信号。每 15 秒钟更新一分钟 平均值。此一分钟平均值在相应信息中被报告。值的范围为 4 . . . 20000 cd/m2。此传感器的加热器的的控制与 PWD10/20 的其它加 热器的控制相同。 BLSC 命令命令 背景亮度传感器可以以连续模式或昼/夜模式使用。 把 BLSC 值 设为正值时，背景亮度测量为连续模式。把 BLSC 值设为零时， 背景亮度测量为昼/夜转换模式。 应用 PWL111 时，背景亮度值在状态信息的信息 7 中报告。 连续模式 下列命令激活传感器， 并为背景亮度值给出正的比例系数。 例 如： BLSC 1.0 响应如下： BL SCALE 1.000 背景亮度的报告在上述设定时在 4 . 20000 cd/m2 范围内。 昼/夜/转换模式 下列命令激活传感器为昼/夜转换模式，即，亮度值或为 0 或为 1。 0 为夜，1 为昼。例如： BLSC 0 取消 PWL111 负值使 PWD10/20 跳过背景亮度，例如： BLSC -1 . . BCAL 命令命令 若以 cd/m2 为单位的当前背景亮度已知，PWD10/20 计算新的 BL（背景亮度）比例。计算新的 BL（背景亮度）比例必大于零 ( 0)。且， BLSC 背景亮度传感器必须已经被 BLSC 命令激活。 当用户输入如下命令时， PWD10/20 计算新的 BL（背景亮度） 比例. BLCAL 12300 0310-001 图图 4PWL111 框图框图 温度传感器温度传感器 PWD10/20 的主温度传感器是附于横臂的 Pt100 电热调节器。利 用高分辨率 A/D 转换器每分钟测量一次温度。 运算方法运算方法 能见度能见度 光学信号的分析为能见度的运算计算出测量信号与偏差平均值的 差分。此差分值（频率）作为修正过的转换方程的一个参数。此 方程把频率转换为能见度（MOR）。此转换方程 . . 已被一种精确的大气透射仪（VAISALA MITRAS）定义为参照。 瞬间（15 s）能见度值进一步平均至一分钟和十分钟平均输出值。 这些平均值使用消光系数值计算，以更好地模拟人工观测。消光 系数()定义如下： 内部监测内部监测 内置检测内置检测 PWD10/20 的操作中包括了广泛的内置测试。测量不同的电压，并 检测相应的报警和警告限制。通过测量后散射光连续监测发射机 和接收机的光学镜面污染情况。为达到这个目的，在接收机中安 装了一个附加的发射 LED。 若能见度小与限制值，软件产生报警。PWD10/20 对怀疑的硬件故 障发出警告。如果检测到严重的硬件故障，则不输出能见度数据， 而以（/）代替。一个状态信息在状态位显示错误原因。 内置测试包括存储测试、模拟监控和信号测量监控。监控测量的 结果以伏特或赫兹表示，取决于来源。 由监测器电路对程序操作进行监控。如果在两秒内电路没有触发， 将进行硬件重置。 LED 每秒钟闪烁一次表示操作正常。当 PWD10/20 测量能见度信号 时，信号/偏差 LED 开（ON）。 . . 1 18 1234 X1 X2 X9 Reset LED indicators 1. Green, RxD 2. Red, TxD 3. Green, Run 4. Red, Signal (ON/Offset) 0403-105 图图 5 PWC10/20 板上的板上的 LED 指示器指示器 RxD LED 和 TxD LED 由串口线直接控制，显示串口线的所有行 动。 存储检测存储检测 重置后，PWD10/20 测试并清除它的 SRAM 数据存储。红色 LED 闪 烁表示有故障。闪烁 50 次后，PWD10/20 即试图启动程序。如果 SRAM 确实有故障，会使监视器重置。 在正常操作时，数据 SRAM 测试也在后台连续进行。如果检测到 SRAM 故障，监视器重置系统。 计算并检查参数存储器（EEPROM）的校验和。校验和的错误可 能是严重的（此时能见度输出为/）。故障原因显示在状态信息 中。 在所存储参数的每一次更新或重启时，都要计算和检查 EEPROM 的校验和。 信号监测信号监测 PWD10/20 测量约 8 毫秒内取样的光信号、接收机后散射和偏离 的频率值。由于相应的测量时间为 10s，1s 和 4s， 所以每批的取 样量不同。PWD10/20 检查频率不为零，并且信号取样数不多于 偏离取样数。 . . 当信号或偏离的误差严重时，数据设置为/。 偏离漂移被单独监控。在配置部分给出了参照的偏离频率。如果 漂移大于 2.5Hz，软件即会发出警告。 用户可以依照测量序列过程如信号/偏移 LED 序列 10 秒开，5 秒 关。 硬件监测硬件监测 一个 8 通道模数转换器用来测量来自硬件的一些信号和多种电 压。STA 命令显示内部监控值 污染监测污染监测 PWD10/20 通过测量后散射信号监控发射机和接收机污染情况。 使用 CLEAN 命令来设置后散射信号的清洁参照值。后散射信号相 对于清洁值的改变量与透镜的污染程度成比例。 在配置部分给出报警和警告限制。如果超过了报警限制，数据变 为/并发出报警。测量数据只用于发出警和警告。而不计算能见 度信号的修正值。 发射机后散射信号接收机后散射由一个模拟电路测量，使用一个 发射 LED 作为光源。在状态信息中标识符为TR. BACKSCATTER。 后散射信号越强，TR. BACKSCATTER约小。 接收机后散射由信号接收机测量，使用一个附加的，被控制的 LED 作为发射机。结果用 Hz 表示。越多的光被散射回来，结果值 越大。（REC.BACKSCATTER） . . 第四章 安装安装 选择安装方位选择安装方位 选择合适的方位对与 PWD10/20 的测量非常重要，主要要求为： 1. PWD10/20 所在位置的测量值应能代表周围的天气状况。 至少在 PWD10/20 所在位置的 100m 内没有大的建筑物和其它 产生热和/或阻碍降水的物 体。树的阴影也应避免，因为树木可 能会造成微观气候的改变。 2. 这个地点应该没有影响光学测量的障碍物和反射表面，也没有 明显的污染源。 建议在发射机和接收机的视线内没有障碍物（见图 6）。如果 发射机光束从障碍物上反射到接收机上，传感器将会指示很低的 MOR 值，因为它无法分辨反射信号和真正的散射信号。通过旋转 传感器横杆可以检测有害反射。任何反射都会根据横杆的方位而 变化，能见度读数也将相应改变。 接收机和发射机的光学部件不能指向强光源，或在强日光 下，指向象雪或砂这样的反射表面。建议在北半球将接收机指向 北，在南半球将接收机指向南。在强光下接收机线路可能会饱和， 内置诊断程序将会显示警告。强光会使从发射机单元产生错误的 污染警告。强日光还会提高接收机内的噪音水平。 发射机和接收机应背对任何明显的污染源，如途径车辆的尾 气。脏透镜会造成传感器报告太高的能见度值。传感器能自动检 测过度的污染。 接收机应该避免面向行驶车辆。首选方向为沿着道路方向。 接收机指向最近的车道的去向。 . . 3. 必须有可利用的电源和通讯线路 当为 PWD10/20 选址时，必须考虑是否有可利用的电源和通 讯线路，因为这将影响所需的 工作量和附件，从而影响安装成本。 虽然 PWD10/20 的设计可以承受恶劣的天气条件，但是有些地点 的环境还是对安装提出了更多的要求。严冬环境下可能造成大量 雪和冰的聚集，需要选配加热器 0308-003 图图 6PWD10/20 推荐方位；安装传感器的不同方式推荐方位；安装传感器的不同方式(A or B). 接地和防雷电保护接地和防雷电保护 设备接地设备接地 设备接地保护了 PWD10/20 的电力单元免受闪电损害，并防止无 线电频率的干扰。通过接地电缆进行 PWD10/20 的设备接地。 接地原则为： 将接地杆安装得离风杆尽可能近，即，使接地电缆的长度最短 化。接地电缆也可以铸入水泥基座内。 . . 接地杆长度取决于当地地下水水位。接地杆的下端应持续接触 潮湿土壤。 接地质量可以用摇表（测地电阻用）来检测。电阻必须小于 10 欧姆。 内部接地内部接地 PWD10/20 电子元件箱利用供电/数据电缆保护套接地。传感器的 其它部分都是互相通电接触。 远程单元和通讯电缆接地远程单元和通讯电缆接地 将远程设备如 PC 数据记录器、显示器等接地，保护它们免受闪 电的损害也是必须的。 警告警告 如果远程设备没有正确接地，通过通讯线路的闪电袭击可能在 远程站产生危及生命的冲击电压。 安装程序安装程序 在此描述的情况是：以维萨拉气象站为主机。 卸货和开箱卸货和开箱 PWD10/20 传感器一般用一个箱子发运。 注意注意 箱子需小心抬放。不要在高于地面 5 厘米的地方扔下箱子任何一 端 开箱程序开箱程序 a) 阅读随船文件中提供的装箱单。比较装箱单和订货单，确保 发货完整。 b) 打开盖子，如果发现缺货或损坏，请立即和供应商联系。 . . c) 将包装材料和盖子放回箱中，保存以备后用。 存放存放 存放 PWD10/20 时，带包装放置在干燥条件下，不要放在敞开的 空气中。存放条件为： 温度40oC 至 70oC 相对湿度低于 95 固定固定 0308-005 图图 7安装安装 PWD10/20 在横臂上在横臂上 0308-004 图图 8用维萨拉卡具组件安装在风杆上用维萨拉卡具组件安装在风杆上 . . 连接连接 电缆连接电缆连接 PWD10/20 机箱上由用于连接信号和电源电缆的连接器，以便于 安装和维护。 电缆屏蔽层和连接器都与 PWD10/20 的机箱接地连 接，使 EMI 水平符技术指