【JD-CQX5】，山東競道光電，十年深耕氣象設(shè)備。

　　引言

　　氣象站作為氣象觀測的核心場所，承擔(dān)著獲取各類氣象數(shù)據(jù)的重要任務(wù)。為實現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測，同時保證低功耗基礎(chǔ)運行，氣象站配備了一系列精心設(shè)計的基本設(shè)備。這些設(shè)備相互協(xié)作，為氣象研究、天氣預(yù)報以及各類相關(guān)行業(yè)提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐。

　　氣象站基本設(shè)備

　　溫度傳感器

　　溫度是重要的氣象要素之一。氣象站常用的溫度傳感器有熱敏電阻式和熱電偶式。熱敏電阻式傳感器利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來測量溫度。其優(yōu)點是靈敏度高、響應(yīng)速度快，能夠快速捕捉到溫度的微小變化。例如，在氣象站中，它可以精確測量空氣溫度，幫助氣象人員了解大氣的熱狀況。熱電偶式溫度傳感器則是基于兩種不同金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)工作。它能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的性能，常用于測量較高溫度或需要高精度測量的場合，如在監(jiān)測火山地區(qū)溫度變化時，熱電偶式傳感器就發(fā)揮著重要作用。

　　濕度傳感器

　　濕度反映了大氣中水汽含量。電容式濕度傳感器是常見類型，它通過檢測空氣濕度變化引起電容值改變來測量濕度。這種傳感器具有體積小、精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點，能快速準(zhǔn)確地感知空氣濕度的波動。干濕球濕度計也是常用設(shè)備，它由兩支相同的溫度計組成，一支為干球溫度計測量氣溫，另一支濕球溫度計球部包著濕布，由于水分蒸發(fā)吸熱，濕球溫度低于干球溫度，根據(jù)干濕球溫度差，通過公式計算得出空氣濕度。干濕球濕度計結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，且在一定程度上能直觀反映濕度與溫度的關(guān)系，在一些小型氣象站或作為輔助測量工具廣泛應(yīng)用。

　　氣壓傳感器

　　氣壓的變化對天氣預(yù)測至關(guān)重要。氣象站多采用壓阻式氣壓傳感器，它利用壓力引起電阻變化的原理來測量氣壓。這種傳感器精度高、穩(wěn)定性好，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地監(jiān)測大氣壓力的變化。水銀氣壓表是傳統(tǒng)的氣壓測量儀器，它基于托里拆利實驗原理，通過測量水銀柱高度來確定氣壓值。雖然水銀氣壓表精度高，但由于水銀有毒且設(shè)備較為笨重，操作復(fù)雜，逐漸被更便捷的現(xiàn)代氣壓傳感器取代，不過在一些高精度測量場合或作為校準(zhǔn)設(shè)備仍有應(yīng)用。

　　風(fēng)向風(fēng)速傳感器

　　風(fēng)向標(biāo)用于確定風(fēng)向，常見的風(fēng)向標(biāo)由箭頭、箭尾和轉(zhuǎn)動軸組成，箭頭始終指向風(fēng)的來向。為確保風(fēng)向測量準(zhǔn)確，風(fēng)向標(biāo)需安裝在開闊地帶，避免周圍障礙物對風(fēng)的干擾。風(fēng)速儀測量風(fēng)速，風(fēng)杯風(fēng)速計是經(jīng)典的風(fēng)速測量設(shè)備，由三個或四個半球形風(fēng)杯組成，風(fēng)杯在風(fēng)力作用下繞軸旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速越大，旋轉(zhuǎn)越快，通過計數(shù)器記錄風(fēng)杯旋轉(zhuǎn)次數(shù)，經(jīng)換算得出風(fēng)速值。螺旋槳式風(fēng)速儀則利用螺旋槳在風(fēng)中的旋轉(zhuǎn)來測量風(fēng)速，它響應(yīng)速度快，適合測量快速變化的風(fēng)速，常用于航空、海洋等對風(fēng)速變化敏感的領(lǐng)域。

　　降水測量設(shè)備

　　雨量器是最基本的降水測量工具，由一個圓柱形金屬筒和漏斗組成，降水通過漏斗進入金屬筒，測量筒內(nèi)積水深度即可得出降水量。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但需要人工定時測量。翻斗式雨量計則實現(xiàn)了降水測量的自動化，降水落入翻斗，當(dāng)一側(cè)翻斗積水到一定量時，翻斗翻轉(zhuǎn)，通過記錄翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)計算降水量。稱重式雨量傳感器通過測量降水的重量來確定降水量，它能夠精確測量固態(tài)降水，如降雪，在冬季降水測量中具有重要應(yīng)用。

　　實現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測

　　防護設(shè)計

　　為保證設(shè)備在各種天氣條件下正常運行，氣象站設(shè)備具有完善的防護措施。設(shè)備外殼采用高強度、耐腐蝕材料，如不銹鋼、工程塑料等，能夠抵御風(fēng)吹、日曬、雨淋以及化學(xué)物質(zhì)侵蝕。例如，在海邊氣象站，設(shè)備外殼需具備良好的抗鹽霧腐蝕能力。設(shè)備的防護等級通常達到 IP65 以上，可有效防止灰塵進入和水的侵入。對于一些易受雷擊影響的設(shè)備，如風(fēng)速傳感器、天線等，安裝了防雷裝置，通過接地系統(tǒng)將雷電引入地下，保護設(shè)備免受雷擊損壞。

　　冗余設(shè)計

　　為確保監(jiān)測的連續(xù)性，氣象站采用冗余設(shè)計。對于關(guān)鍵設(shè)備，如溫度傳感器、濕度傳感器等，通常配備多個，當(dāng)一個傳感器出現(xiàn)故障時，備用傳感器自動投入使用，保證數(shù)據(jù)采集不間斷。在數(shù)據(jù)傳輸方面，也設(shè)置了多種通信方式，如 GPRS、4G、衛(wèi)星通信等，當(dāng)一種通信方式出現(xiàn)故障時，可切換到其他通信方式，確保數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

　　低功耗基礎(chǔ)運行

　　節(jié)能芯片與智能控制

　　氣象站設(shè)備采用節(jié)能芯片，這些芯片在保證性能的前提下，大幅降低了能耗。例如，一些傳感器芯片采用低功耗 CMOS 工藝制造，工作電流僅為微安級別。同時，設(shè)備具備智能控制功能，能夠根據(jù)實際需求自動調(diào)整工作模式。如在夜間或氣象條件變化較小時，部分設(shè)備可進入休眠狀態(tài)，僅保留基本的喚醒功能，待設(shè)定時間或氣象要素變化達到一定閾值時，設(shè)備自動喚醒進行數(shù)據(jù)采集，從而有效降低整體功耗。

　　能源管理系統(tǒng)

　　氣象站配備能源管理系統(tǒng)，對設(shè)備的能源使用進行優(yōu)化。該系統(tǒng)可實時監(jiān)測各個設(shè)備的能耗情況，根據(jù)氣象站的整體能源供應(yīng)和需求，合理分配能源。對于采用太陽能供電的氣象站，能源管理系統(tǒng)能夠控制太陽能電池板的充電和放電過程，確保在陽光充足時充分充電，并在夜間或陰天時合理使用儲存的電能，保證氣象站持續(xù)穩(wěn)定運行。同時，能源管理系統(tǒng)還能對電池的狀態(tài)進行監(jiān)測和維護，延長電池使用壽命。

　　應(yīng)用領(lǐng)域與意義

　　氣象站基本設(shè)備的全天候不間斷監(jiān)測和低功耗運行，為眾多領(lǐng)域提供了重要支持。在氣象預(yù)報領(lǐng)域，準(zhǔn)確、連續(xù)的氣象數(shù)據(jù)是提高預(yù)報準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民可根據(jù)氣象站數(shù)據(jù)合理安排農(nóng)事活動，如灌溉、施肥、病蟲害防治等，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。在交通領(lǐng)域，氣象數(shù)據(jù)可用于道路氣象條件監(jiān)測，提前預(yù)警惡劣天氣，保障交通安全。此外，在環(huán)境保護、能源開發(fā)、航空航天等領(lǐng)域，氣象站數(shù)據(jù)也發(fā)揮著不可h缺的作用。

　　結(jié)語

　　氣象站基本設(shè)備通過精心設(shè)計和合理配置，實現(xiàn)了全天候不間斷監(jiān)測和低功耗基礎(chǔ)運行。隨著科技的不斷進步，這些設(shè)備將不斷升級和完善，為氣象事業(yè)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供更強大的數(shù)據(jù)支持，助力人類更好地認(rèn)識和應(yīng)對自然環(huán)境變化。