称重式降水传感器的原理与应用

　　近日，北方多地迎来冬季降雪。银装素裹的雪天，究竟是大雪、中雪，还是小雪呢？想弄清楚这个问题，就要依靠测雪神器：称重式降水传感器。目前，在辽宁沈阳市内已建成的16个降雪自动观测站内，均安装有称重式降水传感器这种气象监测传感器。

沈阳市区降雪自动观测站内的称重式降水传感器，资料图

　　在沈阳，过去，测量降雪量，观测员需要每小时将盛雪容器拿到屋里去。化成水后，再用量杯测量，全过程只能依靠人工。现在，随着气象现代化进程的不断加快，称重式降水传感器已基本取代人工观测，它可以根据重量自动测算降雪量，并可以在全市的自动观测站设置，密切监测沈阳的降雪情况。

　　目前，我国气象部门对固态降水的观测主要是以人工观测为主，存在时效性差、时空密度不足等诸多弊端，不能全面、连续反映冰雪过程的变化情况。

翻斗式雨量传感器，资料图

　　过去常用的雨量观测器通常是翻斗式雨量传感器，这种传感器是自动测量降水量的仪器，主要由承水器、过滤漏斗、翻斗、干簧管和底座等组成。降水通过承水器，再通过一个过滤斗流入翻斗里，当翻斗流入一定量的雨水后，翻斗翻转，倒空斗里的水，翻斗的另一个斗又开始接水，翻斗的每次翻转动作通过干簧管转成脉冲信号（1脉冲为0.1mm）传输到采集系统。仪器测量范围0到4mm/min。

　　虽然实现了数字传输，但翻斗式雨量传感器在冬天低温环境下，遇到雪、冰雹、雨夹雪等固态降水或混合性降水时，融化较慢，导致无法及时监测，需加盖停用，人工干预才能完成观测。

　　而新型称重式降水传感器，则是一种适合固态、液态和混合态降水总量及降水强度测量的、全自动、全天候降水观测仪器，能为气象提供更加全面、权威的信息资料支撑。

　　最新的称重式降水传感器，通过利用一个弹簧装置或一个重量平衡系统，将储水器连同其中积存的降水的总重量作连续记录。没有自动倒水，有固定容积，且还需减小蒸发损失（加防冻液和抑制蒸发油），特别适合测量固体降水。

　　称重式降水传感器基于载荷测量技术原理设计，通过对质量变化的快速相应测量降水量，既可以输出开关量信号接入现有自动气象站，也可作为智能传感器挂接在其他采集系统上。

称重式降水传感器原理结构示意图，资料图

　　具体来说，其原理是通过载荷原件对盛水桶内质量变化的快速响应测量降水量，称重式降水传感器主要由承水口、外壳、内筒、载荷原件及处理单元、底座组件、防风圈等部件组成。

　　目前，称重式降水传感器采用的测量技术主要有两种：

　　基于电阻应变测量技术

　　敏感梁在外力的作用下产生弾性変形，使粘贴在其表面的电阻应变片也随至产生变形，电阻应变片变形后，其阻值会发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，进而得到降水的质量。

称重式降水传感器局部，资料图

　　振弦测量技术

　　该技术以固定频率振动的弦丝作为弹性部件，根据其所受拉力与振动频率的对应关系，通过相应的测量电路得到降水的质量。

　　总的来说，称重式降水传感器可有效测量固态降水情况，可解决传统人工观测降水带来的时效差、密度不足以及不够全面等问题，既能满足现行气象观测业务要求，输出脉冲量接入各地区气象局现有的自动气象站，又符合智能气象传感器的发展趋势。