六要素超聲波微氣象儀實(shí)現(xiàn)了無(wú)移動(dòng)部件的免維護(hù)氣象監(jiān)測(cè)

六要素超聲波微氣象儀將風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓和光學(xué)雨量融合于單個(gè)設(shè)備中。它通過(guò)超聲波非接觸式測(cè)量技術(shù)替代傳統(tǒng)機(jī)械風(fēng)杯，消除了轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)的戶外氣象監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)氣象站測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向需要使用機(jī)械式風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)，這些轉(zhuǎn)動(dòng)部件在長(zhǎng)期戶外運(yùn)行中面臨軸承磨損、雨雪凍結(jié)和啟動(dòng)風(fēng)速限制等固有缺陷。維護(hù)人員需要定期登高更換磨損部件，在寒冷地區(qū)冬季還常出現(xiàn)風(fēng)杯被冰雪卡死的情況。六要素超聲波微氣象儀通過(guò)改變測(cè)量原理從根本上解決了這一問(wèn)題。

六要素超聲波微氣象儀采用超聲波時(shí)差法測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向。設(shè)備頂蓋下方隱藏了四組超聲波探頭，分別朝向東西南北四個(gè)方向。測(cè)量時(shí)，一對(duì)探頭交替發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，順風(fēng)和逆風(fēng)方向傳播的超聲波存在時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差與風(fēng)速成線性關(guān)系。微處理器通過(guò)測(cè)量相對(duì)相位來(lái)計(jì)算風(fēng)速值，再根據(jù)四組探頭的測(cè)量結(jié)果合成出風(fēng)向角度。這種測(cè)量方式?jīng)]有任何機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不存在啟動(dòng)風(fēng)速限制，在零風(fēng)速下依然可以輸出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，測(cè)量下限可低至0m/s。頂蓋隱藏式設(shè)計(jì)使冰雪無(wú)法直接堆積在探頭表面，確保設(shè)備在冬季降雪條件下正常工作。

除風(fēng)速風(fēng)向外，六要素超聲波微氣象儀還將其他氣象參數(shù)的測(cè)量能力高度集成在同一外殼內(nèi)。空氣溫度采用二極管結(jié)電壓法測(cè)量，測(cè)量精度±0.3℃，分辨率0.01℃，覆蓋-40℃至85℃的寬溫工作范圍。相對(duì)濕度采用電容式濕度傳感器，能夠在10%至100%RH的范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。大氣壓力通過(guò)內(nèi)置的MEMS壓力芯片測(cè)量，量程為300至1100hPa。光學(xué)雨量檢測(cè)采用紅外散射原理，雨滴通過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)引起光通量發(fā)生變化，傳感器根據(jù)變化幅度和頻率計(jì)算出降雨強(qiáng)度，分辨率為0.2mm。設(shè)備將環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓力和光學(xué)雨量六項(xiàng)參數(shù)通過(guò)一個(gè)高集成度結(jié)構(gòu)全部整合在緊湊機(jī)身中，避免了多個(gè)傳感器分別安裝和數(shù)據(jù)拼接的繁瑣工序。

在接口與供電方面，設(shè)備標(biāo)配RS485通訊接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的Modbus-RTU協(xié)議，用戶可通過(guò)一條通訊線纜一次性讀取全部六項(xiàng)參數(shù)。設(shè)備整機(jī)功耗通?？刂圃?.5瓦以內(nèi)，體積小、重量輕，可直接固定在立桿頂端或建筑物天臺(tái)。在氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)、工業(yè)園區(qū)環(huán)境監(jiān)控、港口碼頭氣象保障、高速公路氣象預(yù)警、新能源場(chǎng)站和智慧農(nóng)業(yè)等應(yīng)用場(chǎng)景中，六要素超聲波微氣象儀均能夠穩(wěn)定提供連續(xù)的氣象數(shù)據(jù)。