梯度环境监测仪的工作原理及相关应用的介绍

第一章产品概述

梯度环境监测仪专门为风能资源调查、沙尘暴监测、气候环境变化和植被研究等设计生产的专业研究级自动气象站设备。该设备可用于多层梯度气象观测（梯度层数可由用户指定），每层可测量风向、风速、温度及气压等常规气象要素，也可观测各种气象通量，定时进行自动采集，计算，处理，显示，存储，通讯和打印，提高了观测效率，减轻了观测人员的劳动强度。支持多种网络通讯功能，通过RS232接口，485接口，无线通讯模块等与微机有线或无线进行数据通讯。该系统具有性能稳定，检测精度高，无人职守，抗干扰能力强，软件功能丰富等方面特点。广泛应用于农业气象、水文地质、海洋、军事、建筑、农业温室、太阳能研究、学校教学、科学研究等领域。

梯度环境监测仪根据地形条件可建立85m、90m、100m、150m等符合要求高度的观测塔，开展风能资源观测。根据对不同高度的风速测量需求，设置几个超声波风向风速传感器或机械风向风速。例如150m高度的梯度环境监测仪设置10m、30m、50m、70m、90m、100m、150m七个高度的超声波风向风速。

梯度环境监测仪与一般气象观测站基本一致主要由：传感器（风向、风速、温度、温湿度、气压），数据采集器，电源系统，数据管理软件等部分组成。传感器将对应气象要素的变化转换成电量的相应变化。多种供电方式：可提供交流供电、直流供电等多种供电方式。

第一章仪器详情

1.1超声波风向风速

1. 简介

超声波风速风向仪又名超声波风速风向计、超声波风速风向传感器，是一款基于超声波原理研发的风速风向测量仪器，利用发送的声波脉冲，测量接收端的时间或频率（多普勒变换）差别来计算风速和风向。该传感器可以同时测量风速、风向的瞬时数值。

超声波风速仪它具有重量轻、没有任何移动部件、坚固耐用的特点， 而且不需维护和现场校准，能同时输出风速和风向。客户可根据需要选择风速单位、 输出频率及输出格式。也可根据需要选择加热装置（在冰冷环境下推荐使用）或模拟输出。可以适应在各种环境下，全天候、长久的正常工作，为各领域的气象监测提供可靠数据。

超声波风向风速传感器用来测量近地风向、风速。广泛应用于城市环境监测、风力发电、气象监测、桥梁隧道、航海船舶、航空机场等领域。

1. 技术参数

项目	风向	风速
测量原理	超声波	超声波
测量范围	0～ 359.9°全方位，无盲区	0－60米/秒
单位	度	米/秒（m/s）
分辨率	0.1°	0.1m/s
精确度	±3°	±0.2米/秒(当风速0～5米/ 秒范围内)＜测量值的3%（当 风速＞5米/秒）

1.1机械风向风速

1. 简介

EC-9X(S)型高动态性能测风传感器由风速传感器、风向传感器和传感器支架组成。风杯和风向标尾翼板用轻质高强度非金属材料制造。它的动态性能好、线性精度高、灵敏度高、测量范围宽、互换性好、抗风强度大，电路抗雷电干扰能力强，寿命长、工作可靠。其性能达到了世界气象组织（WMO）对测风传感器的建议要求。

1. 技术参数

项 目	风 速	风 向
起动风速	≤0.5m/s	≤0.5m/s
测量范围	0～75m/s	0～360°
精确度	±（0.3+0.03V）m/s	±3°
分辨率	0.1m/s	2.8125°
距离常数	≤3m	≤1.5m
阻尼比		≥0.4
输出信号形式	脉冲（频率）	七位格雷码（或电位器）
工作电压	DC5V	DC5V
工作电流	平均约5mA	70mA
加热器功率	10W	10W
抗风强度	＞80m/s	＞80m/s
最大高度	270mm	352mm
最大回转半径	113mm	440mm
重 量	0.69kg	0.92kg
环境温度	-40～+55°C	-40～+55°C
环境湿度	100%RH	100%RH

第一章备注

1.风向的测定与仪器的安装位置有很大的关联。在固定仪器之前，必须用精密的方向测定仪器先测定正北方作为参照，指北线要指向正北方向。最后安装固定好仪器。

2.风速指标

风级	风速（m/s）	陆地地面物体征象	海面状态
0	0-0.2	静	静
1	0.3-1.5	烟能表示方向，但风向标不动	微波
2	1.6-3.3	人面感觉有风，风向标转动	小波
3	3.4-5.4	树叶及微枝摇动不息，旌旗展开	小波
4	5.5-7.9	能吹起地面纸张与灰尘	轻浪
5	8.0-10.7	有叶的小树摇摆	中浪
6	10.8-13.8	小树枝摇动，电线呼呼响	大浪
7	13.9-17.1	全树摇动，迎风步行不便	巨浪
8	17.2-20.7	微枝折毁，人向前行阻力甚大	狂浪
9	20.8-24.4	建筑物有小损	狂涛
10	24.5-28.4	可拔起树来，损坏建筑物	狂涛
11	28.5-32.6	陆上少见，有则必有广泛破坏	狂涛
12	32.7-36.9	陆上极少见,摧毁力极大	海浪滔天

3．当梯度环境监测仪中为超声波风向风速传感器时，需注意传感器对应地址。

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