CJY1G培训教材凯迈环测20130912修改实用PPT课件

1、简介GJY-1G型前向散射能见度仪是一种智能化的新一代大气能见度监测设备。它具备能见度观测和背景光测量功能。经设计定型后的型号为DNQ3。 组成： 传感器组件 发射器 接收器 背景光传感器（选配） 电控箱 控制单元 电源系统 支架 立柱 锁紧块组合 底座1第1页/共47页简介设备配套序号部件（系统）名称型号主要规格（外观、尺寸、结构）主要功能数量其它1传感器组件CJY1G10001425mm306mm216mm 发射、接收单元12支架CJY1G2000高2747mm支撑设备13电控箱CJY1G3000366mm520mm240mm提供电源、通讯13.1 一体化电源4NIC-X176.5-1C2

2、20mm110mm125mm供电13.2 电源防雷器AM3-20/1+NPE98mm36mm68mm电源防雷13.3 通讯防雷器SR-E06V/2S95mm18mm65mm通讯接口防雷13.4 隔离转换器MWE485-B87mm33mm17mm远距离通信14校准装置F1.CJY1C0000453mm200mm32mm能见度仪校准15通讯适配器F2.CJY1C0000241mm200mm117mm连接室内通讯设备1由订货合同明确6背景亮度传感器F3.CJY1C0000172mm70mm140mm测量背景亮度1由订货合同明确7接地装置F4.CJY1C0000接地保护17.1 接地棒F4.CJY00

3、00-125mm连接大地17.2 接地线导线BVR6.0 黄/绿 6mm2,长4m连接接地端子18拉线装置F5.CJY1C0000钢丝绳67稳固设备1由订货合同明确9能见度监测软件界面显示、数据存储、交互命令1由订货合同明确10电源电缆RVV 31.031.0mm2 ,长10m传输电流111通信电缆RVVP 30.7530.75mm2 ,长10m传输数据114配件14.1 压敏电阻V130LA20A20过压保护114.2 压敏电阻V275LA40A20过压保护114.3 保险丝管RT1-20 2A520过流保护314.4 保险丝管RT1-20 10A520过流保护315包装箱B.CJY1G00

4、001890mm665mm400mm 设备包装12第2页/共47页主要技术指标 功能a)可对水平能见度进行连续观测；b)具有背景亮度测量功能（可选配）；c)可通过数据接口向计算机传送规定格式的数据；d)可监测设备内部的15V直流电源、光源能量、温度和窗口污染等信号；e)可设置和修改设备内部的各种参数（标定系数、补偿系数、阈值等）；f)可存储和上传历史数据；g)具有镜头加热功能。3测量性能a)能见度测量测量范围：10m50000m；允许误差：1500m，10%； 1500m，20%；分辨力：1m。b)背景亮度测量测量范围：4cd/m240000cd/m2；允许误差：10cd/m2，2cd/m2；

5、 10cd/m2，20%。第3页/共47页主要技术指标 电气性能a)输入功率（功耗）除霜，不加热时：30W（参考值）；除霜，加热时：130W（-25时，参考值）；除霜，加热时：330W（-45时，参考值）。b)通信接口类型：RS-485、RS-232、隔离RS-232长线驱动器可选；最大通信距离：200m（RS-485接口）；波特率（单位bit/s）：300、600、1200、2400、4800、9600可选。c)历史数据存储可存储至少12小时的采样瞬时值、14天的瞬时气象（分钟）值、2月的正点气象要素值。历史数据存贮器具备掉电保存功能。4第4页/共47页主要技术指标 环境适应性气候环境a）室

6、外部分工作条件环境温度：-45C50C；相对湿度：10%RH100%RH（在95%RH，30C条件下试验）；大气压力：450hPa1060hPa。b)室内部分工作条件环境温度：0C40C；相对湿度：10%RH90%RH（在90%RH，30C条件下试验）；大气压力：450hPa1060hPa。贮运条件环境温度：-50C60C；相对湿度：95%RH（35C）。5第5页/共47页主要技术指标6开机时间和工作方式开机时间：10min；工作方式：不间断观测。电源电压：220V22V（交流）；频率：50Hz3Hz。尺寸及重量最大外形尺寸（长宽高）：（14255）mm（52510）mm（301910）mm；

7、重量：60kg。第6页/共47页工作原理根据气象光学视程（MOR）的定义（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%所通过的路径长度），则通过消光系数可以计算得到气象光学视程。当前向散射角在2050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/。7第7页

8、/共47页工作原理CJY-1G能见度仪由发射器、接收器、电控箱、机架和背景光传感器等部分组成。它通过测量35角散射的红外光强度来估算 大 气 光 学 视 程（MOR）。发射器通过红外发光二极管发出一束红外光射入大气中，接收器将采样区内特定角度的散射光汇聚到光电传感器的接收面上，并将其转换为电信号，此信号经处理后送至电控箱的数采板，经CPU采样和计算后得到能见度值。8电控箱提供电子线路及加热所需电源。能见度仪通过RS-232或RS-485通信接口与用户计算机通信。背景亮度传感器的信号通过电缆连接到控制处理器板上，经转换计算得到天空背景亮度。第8页/共47页工作原理发射器由发光管、发射驱动单元、污

9、染检测光电管、能量检测光电管以及加热单元等组成，主要用于发射红外光，同时具有发光能量和镜头污染检测功能。接收器由光电传感器、接收单元和加热单元等组成，用于接收被测样本粒子散射的红外光束强度。电源/控制器由电源变换单元、电源防雷单元、控制单元、加热控制器、通信接口和通信防雷单元等组成，用于为发射器和接收器提供工作电源、与上位机进行通信、测控发射器和接收器工作状态以及将测得的红外光束强度（散射信号）转换为能见度测量结果等。9第9页/共47页工作原理光学系统发射光束和接收视场的光轴相交，其夹角为35，发射光束扩散角为6，最大接收视场角约为10，以便于调试及有效利用红外发光管发出的光能；采用和红外发光

10、管匹配的窄带滤光片，降低自然光的干扰。能见度仪光学原理图第10页/共47页工作原理发射器能见度仪发射器发出扩散角为6的调制红外光，并检测出发光能量信号及污染检测信号。发射器由发光管、发射光学系统、能量检测板及发射器电路组成，装于圆形的外壳内。发射器电子组件第11页/共47页工作原理发射光学系统发射光学系统由红外发光管及透镜系统组成，发射光学系统的有效通光口径为50mm，光束扩散角为6。发射器电路系统时序电路产生稳定的脉冲方波，用于发光管驱动脉冲开关及能量检测、污染检测、接收器的前向散射信号检测解调同步脉冲。发光管采用恒流驱动，驱动电流由数采板控制，在低能见度（前向散射信号大）时用小驱动电流，高

11、能见度时用大驱动电流。能量反馈光电管和污染检测光电二极管分别检测发光管的能量信号和镜头污染产生的后向散射信号，经前级放大器变换放大后，由同步解调器解调，经缓冲放大后送到数采板。第12页/共47页工作原理 接收器能见度仪接收器的主要作用是接收采用体积内的前向散射光，将其转换为电信号，经放大、同步整流后送到数采系统。能见度仪接收器主要由接收光学系统及接收电路系统组成，装在圆形外壳内。接收器电子组件第13页/共47页工作原理接收光学系统发射光学系统由光电二极管、滤光片及透镜系统组成，发射光学系统的有效通光口径为50mm，视场角为10。接收器电路系统接收器电路由光电二极管、放大器、同步解调器、滤波器等

12、组成。通过接收光学系统，光电二极管将接收到的信号经放大、滤波、移相送至同步解调器解调出和发射光同频同相的前向散射信号，再经低失调电压温漂的低通滤波器、放大器后送至数采单元。第14页/共47页工作原理 背景亮度传感器背景亮度传感器主要由背景亮度光学系统及背景亮度电路组成，装于圆形的外壳内。背景亮度传感器接收2040仰角的天空背景亮度，由符合人眼视觉特性的光电二极管转换为电流信号，经放大器转换放大后送到数采板，经CPU处理为背景亮度数据送至上位机。背景亮度传感器第15页/共47页工作原理 电控箱电控箱由主要由数采系统、电源组合、通信组合组成。电控箱内部结构图第16页/共47页工作原理数采系统数采系

13、统电路框图见下图。单片机根据当时的能见度控制发光管电流，在发光管工作时采集散射、能量、污染信号，在发光管不工作时采集全部信号（含基准电压和0V电压），在每个工作周期（15s）进行一次校零及A/D转换器标定，通过比较运算剔除零点漂移和漂移的影响。第17页/共47页工作原理 电源组合电源组合电路由电源防雷模块、电源滤波器及一体化电源变换器组成。15V用于模拟放大电路，两个5V电源分别用于数采系统的数字电路及发光管驱动电路，24VAC用于镜头除霜及传感器加热。电源防雷模块和电源滤波器用于提高能见度仪的电磁兼容性。 通信组合通信组合采用隔离RS232长线驱动器可提高设备的传输距离及抗干扰能力，采用通信

14、防雷模块可增强通信接口的防雷性能。电源单元电路图通信单元电路图第18页/共47页工作原理通信适配器（室内）通信适配器由通信电源模块、通信防雷模块及隔离RS232长线驱动器组成。通信适配器电路图通讯适配器第19页/共47页CJY-1G(S)型能见度传感器CJY-1G(S)型能见度传感器轻便、小巧，对安装场地适应性强，可用于移动载体上作机动测量。序号名称代号数量备注一产品配套1整机CJY1G(S)00001二安装附件1卡箍1套产品配套第20页/共47页CJY-1G(S)的主要技术指标 主要功能可对大气能见度进行连续监测；采用RS-232与监控计算机通讯；能见度仪能对自身的12V直流电源、接收器温度

15、等进行监测。 测量范围及精度a) 测量范围：10m10000mb) 测量精度：10% 外形尺寸及重量a）整机尺寸：740mm336mm118mm；b）整机重量：不大于15kg。电源 a) 直 流：12Vb) 功 率：不大于10W 环境适应性工作条件a) 环境温度：4550b) 相对湿度：0100%c) 大气压力：650hPa贮运条件 a) 环境温度：5060b) 相对湿度：0100%第21页/共47页CJY-1G(S)的安装立柱式安装横臂式安装第22页/共47页CJY-1G(S)的通信协议能见度仪为智能仪器，其每分钟向上位机输出：每分钟能见度值、十分钟调和能见度值、每分钟能见度信号值、温度、能

16、量电压、+12V电源电压、报警值。能见度仪的通信参数为：60017ODD，其输出格式为：（注：为信号参数数字字符，为空格符，以下相同。）第23页/共47页安装 定位和取向要求应安装在对周围天气状况具有代表性的地点安装地点应不受干扰光学测量的遮挡物和反射表面的影响，避开明显的污染源接收器应避免受到太阳光或强光的直接照射或反射。接地和雷击保护通过电控箱底板下的螺钉、立柱上的螺钉与接地棒相连来实现接地。接地电缆是一根截面积为大于6mm2的接地线（黄/绿双色），用来连接电控箱底座的接地端子、立柱接线端子与接地棒。接地棒是一根20mm的带铜保护层的钢棒，其长度由当地地下水位来确定，将其靠近支架垂直插入大

17、地，其底部应接触到潮湿土壤，接地电阻应小于4。24第24页/共47页安装 电缆要求 电源电缆： 需加长电缆时，按下表选择购买。 通讯电缆： 使用截面为30.75mm2的绞合屏蔽电缆。离电源的最大距离（电缆长度）单线的横截面积规格带保护性外套电缆的典型直径100m1.0mm2RVVP10mm100m，300m1.5mm2RVVP14mm25第25页/共47页安装 地基要求 建议采用平整且坚硬的混凝土浇铸地基。 新灌基面时的安装：如图1所示，用4件M12260螺栓和适量钢筋作成钢框架放入混凝土地基中，对螺栓顶部的螺丝进行保护，防止混凝土浇到。建议螺栓浇入混凝土中的部分缠绕上铁丝。在混凝土成形之后拆

18、除模板及保护层。 现成基面上的安装：如图1所示，钻4个16mm的孔，最小深度70mm，参考图2；用一个紧固在一起的螺母保护螺纹的端顶，然后把膨胀螺栓敲进地孔；尽可能地拧紧膨胀螺栓。图1 浇铸地基图2 底座结构26第26页/共47页安装 组装能见度仪用4个M12的螺母安装底座并校平；用4个M1020的螺栓把立柱夹板和倾斜支撑安装到底座上，如图1所示；将 两 个 锁 紧 块 组 合 装 入 立 柱 内 壁 ， 并 用 4 个M1230螺钉将立杆与夹板固定，用两个卡箍和4个M825的螺钉，把电控箱安装到立杆上；倾斜立杆，如图2所示；把电缆1通过线孔塞进立柱顶端；请检查薄橡胶密封垫圈是否在横梁插入颈部

19、上；把电缆1连接器 YM- AP连接到传感器电缆连接器YMA上，如右图3所示；把横梁插进立柱，并用两个M88的螺钉将其锁紧在正确位置上；竖起立柱；图1 底座图2倾斜立杆图3连接器连接27第27页/共47页安装 安装背景亮度传感器卡箍到合适位置，如图4所示；将背景亮度传感器安装座上下两面安装密封垫和涂抹硅胶，并用1个M6的螺钉固定传感器； 把背景亮度传感器电缆通过电缆密封套连接至电控箱内接线端子，如图5所示。图4 背景亮度传感器的安装图5背景亮度传感器的电缆连接28第28页/共47页安装连接电缆 电控箱带有10m长的电 源 电 缆 。 如 果 用另 外 更 长 的 电 缆 ，请 确 保 正 确

20、连 接 电线 ， 特 别 是 保 护 性地线（通常是黄/绿双 色 ） 一 定 要 正 确连接，见图6；把电源线束连接到电控箱上。在安装之前应予以检查。电控箱带有电缆密封套PG11的电缆出孔；连接电控箱电源接线端子，连接火线L（通常是白色）、零线N（通常是蓝色）和接地保护电线PE（通常是黄绿色）；通过电缆密封套PG11电缆穿孔穿过通讯电缆，发送信号线-2（通常是白色）、接收信号线-3（通常是蓝色）、接地保护线-5（通常是黄绿色）和屏蔽线（通常是黄色）。图6 电缆连接29第29页/共47页安装 背景亮度传感器的接线通讯电缆的接线30第30页/共47页安装串口通讯设置波特率：2400波特(默认值)；

21、校验位：无；数据位：8；停止位：1。初始测试在关闭电控箱箱盖之前，建议进行初始测试。使用串行线连接能见度仪与终端计算机，把终端波特率设定为2400bit/s，数据格式：8位数据位、1位停止位、无校验位；将电源S1处的主开关推到“ON”；启动能见度仪，请检查电控箱内数采板上的红色LED亮几秒钟，然后绿色LED应开始闪亮，等待1分钟后，将有数据输出；查看显示终端，确认仪器通讯正常。31第31页/共47页维护 能见度仪的定期维护包括： 发射器、接收器的透镜和遮光罩的清洁； 背景亮度传感器的清洁； 能见度仪的校准检查，以及必要时的校准。32第32页/共47页维护透镜和遮光罩的清洁 定期清洁的时间间隔取

22、决于仪器的使用环境，通常每2个月清洁1次。 方法 用酒精浸湿脱脂棉，擦拭透镜，注意不要划伤透镜表面； 检查遮光罩和透镜表面，确保没有水滴凝结或冰雪覆盖； 擦除遮光罩内外表面上的灰尘。33第33页/共47页维护背景亮度传感器的清洁 定期清洁的时间间隔取决于仪器的使用环境，通常每2个月清洁1次。 方法 用稀释清洁液浸湿的脱脂棉，轻轻擦拭清洁背景亮度传感器镜头； 擦除背景亮度传感器遮光罩内外的灰尘及其它污物。34第34页/共47页维护校准 设备出厂前已经过测试，能够连续正常工作，但由于设备可能出现故障或长期工作中存在一定的漂移从而影响能见度测量的准确性，故隔一定的周期进行仪器校准是必要的。 通常的校

23、准周期一般为6个月。 校准的环境要求： 所在观测场地的能见度值目测大于5千米； 无雨、雪、沙尘等影响能见度稳定性的天气现象。35第35页/共47页维护校准 校准前的准备工作（零点信号检查）：清洁发射器和接收器的透镜；用酒精和脱脂棉或镜头布轻轻擦拭清洁校准板的两个光学表面，以清洁校准板；把堵塞板塞到接收器的透镜附近，以遮挡光路，进行零点信号检查；此时设备需处在主动上传的通讯模式，通过对设备发送以下两条命令（以回车换行结尾）可以把被动上传模式（即探测中心提出的数据字典模式）更改为主动上传模式；setcomway,1para,send,3,15,1,1等待至少1分钟，能见度信号频率值须在20Hz以内

24、。如果超出，则可能存在硬件故障，请与厂家联系。向设备发送如下两条命令（以回车换行结尾），把通讯模式由主动上传改为被动上传。para,send,0,60,1,1setcomway,036第36页/共47页序号字段字节计算单位说明1V2060016设备ID20UDVISI7设备功能码3002上传类别42007-03-0310日期509:01:018时间6650005m15秒能见度7640005m1分钟能见度8630005m10分钟能见度900009460.1Hz能见度信号频率1000460060.1Hz能量信号频率111203mV工作电压123073-273温度13110105mV背景141314

25、4mV污染15110105cd/m2外部背景亮度16110105mV外部背景电压17002瞬时能见度质量码18002十分钟能见度质量码19002报警指示20ch(13)ch(10)2结束符37主动上传的数据如下：V206001 0UDVISI 00 2007-03-03 09:01:01 65000 64000 63000 000094 000460 120 307 11010 11010 1314 00 00 00第37页/共47页38被动上传的数据格式如下：BG,000000,00,YFSV,000,20130620153005,001,010,01,AMA,003000,AMAa,003

26、000,AMAb,1630,AMAc,002100,AMAd,1610,AMB,002800,AMBa,002800,AMBb,1630,AMBc,002000,AMBd,1615,0000000000,z,0,9356,ED序号字段说明字段大小（字节）说明数据类型1起始位BG2固定字段2数据包头区站号00000066位数字可设3服务类型0022位数字可设4设备类型YFSV4固定字段5ID号00033位数字可设6日期2013062015300514年月日时分秒7帧标示0013固定字段8观测要素变量数0103固定字段9设备状态变量数062固定字段第38页/共47页序号字段说明字段大小（字节）说明

27、数据类型10观测数据和质量控制位观测要素变量名1AMA3固定字段11观测要素变量值100300061分钟能见度值，6位数字观测数据12观测要素变量名2AMAa4标志位固定字段13观测要素变量值20030006小时最大分钟值，6位数字计算数据14观测要素变量名3AMAb4标志位固定字段15观测要素变量值316304小时最大分钟值时间，4位（hhmm）计算数据16观测要素变量名4AMAc4标志位固定字段17观测要素变量值40021006小时最小分钟值，6位数字计算数据18观测要素变量名5AMAd4标志位固定字段19观测要素变量值516104小时最小分钟值时间，4位（hhmm）计算数据20观测要素变

28、量名6AMB3标志位固定字段21观测要素变量值60028006十分钟滑动能见度，6位数字计算数据22观测要素变量名7AMBa4标志位固定字段23观测要素变量值70028006小时十分钟滑动最大值，6位数字计算数据24观测要素变量名8AMBb4标志位固定字段25观测要素变量值816304小时十分钟滑动最大值时间，4位（hhmm）计算数据26观测要素变量名9AMBc4标志位固定字段27观测要素变量值90020006小时十分钟滑动最小值，6位数字计算数据28观测要素变量名10AMBd4标志位固定字段29观测要素变量值1016154小时十分钟滑动最小值时间，4位（hhmm）计算数据30质量控制位111

29、11111111039第39页/共47页40序号字段说明字段大小（字节）说明数据类型31设备状态状态变量名1z1标志位固定字段32状态变量值101设备自检状态状态值33状态变量名2xA2标志位固定字段34状态变量值201外接电源状态值35状态变量名3xB2标志位固定字段36状态变量值301主板电压状态状态值37状态变量名4vB2标志位固定字段38状态变量值401发射器加热状态值39状态变量名5vC2标志位固定字段40状态变量值501接收器加热状态值41状态变量名6sA2标志位固定字段42状态变量值601窗口污染情况状态值43校验码9361444数据包尾ED2固定字段 第40页/共47页维护校准 校准装置： 其核心是一块经过特殊处理、用于模拟光散射的玻璃板。 把校准装置放置于设备的合适位置，在设备正常工作时，发射器发出的红外光被该装置衰减并散射，以此模拟低能见度时的大气散射，从而给接收器提供一个稳定的光散射信号。 校准装置的装配 把校准板和连接板的组合件用紧固螺钉连接到延长杆上； 把连接好的组合件用紧固螺钉与校准座连接，把延长杆插到校准座卡槽底端，并拧紧紧固螺钉。41第41页/共47页维护校准 校准方法 将校准装置安装在相应的能见度仪上，等待至少10分钟