数字传感器
结构原理—传感器
模拟量传感器
传感器输出电流或电压，采集器按规范要求对其进行采 样计算，输出各气象要素值。 温度: WUSH-TW100 （ZQZ-TW）温度传感器 温湿度:DHC2湿度传感器 其他
辐射传感器、蒸发传感器等
结构原理—传感器
数字量传感器
传感器输出脉冲或频率，采集器对其采样计算。
支持检定参数设置，对测量结果进行订正；
具有自检、自校功能； 具有运行状态监测功能； 可直接挂接到新型站的CAN总线上。
结构原理—温湿度智能传感器
WUSH-BTH温湿度分采集器接线图
结构原理—温湿度智能传感器
CAN线和 电源线
温湿 度传 感器 接入 端
气温传 感器接 入端
0～1V
风速信号 风杯静止时电压5V 风杯转动时3V左右
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风向计算原理
格雷码转为二进制码的算法则较为繁琐，计算公式如下： Rn为n位的格雷码，Cn为转换后的二进制码
Cn = Rn，
Cn-1 = RnR⊕n-1， Cn-2 = RnR⊕n-1R⊕n-2，
…
C1 = RnR⊕n-1R⊕n-2…R⊕⊕2R⊕1， C0 = RnR⊕n-1R⊕n-2…R⊕⊕2R⊕1R⊕0.
结构原理—温度传感器工作原理
温度传感器接线图
四线制测温法（Rt =100+0.385t ）
温 度 T/℃
20 ℃ 0℃ 100
107.. 7
Pt 电 阻R/Ω
结构原理—湿度传感器
DHC2湿度传感器
DHC2型温湿度传感器，当前在新型站中只作为湿度传感器使用， 是新一代湿度传感器，湿敏元件采用Vaisala公司新一代电容式湿 敏元件HUMICAP180R，具有更高的测量准确度，更好的耐高湿 性能和长期稳定性，可以实现与HMP45D温湿度传感器的兼容。
结构原理—湿度传感器技术参数
DHC2湿度传感器
测量范围：0%RH～100%RH
分 辨 力：1%RH
最大允许误差：±3%RH(≤80%) ±5%RH(＞80%) 工作电压：12V 输出信号：0—1V
湿度 /RH
RH= V*100% 20% 0 0V 0.2V 输出电压/V
结构原理—湿度传感器
DHC2湿度接线图
气温传感器
模拟传感器 地温传感器 湿度传感器 蒸发传感器 辐射传感器 翻斗雨量传感器 风传感器 气压传感器 智能传感器 温湿度智能传感器 称重降水传感器 雪深传感器
WUSH-TW100
ZQZ-TW DHC2 WUSH-TV2 FS系列 SL3-1 ZQZ-TF DYC1 WUSH-BTH DSC1 DSS1
常见传感器
气压：DYC1气压计 能见度：HY-35（HW-N1）能见度
称重降水：DSC1称重雨量传感器
雪深：DSS1雪深传感器 天气现象传感器
云观测传感器
结构原理—温度传感器
WUSH-TW100温度传感器
WUSH-TW100是高精度铂电阻温度传
感器，等级为IEC60751 AAA，测量范
围(-50～+60)℃。传感器采用不锈钢铠 装，防护级别达到IP67。该传感器具有
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结构原理—风向传感器
• 由风向标部件、内装风向码信号发生器 的壳体以及信号输出插座组成。 • 风向标转轴带动的7位格雷码光码盘 • 7个同心圆轨道，2、2、22、23、24、25、 26 等分 • 相邻每份作透光与不透光处理 • 码盘两侧同一半径上的7对光电耦合器件 • 输出相应的7位格雷码，每一个格雷码代
风向计算原理
从最后一位开始算，依次列为第0、1、2...位 ；
第n位的数（0或1）乘以2的n次方 ；
得到的结果相加就是十进制码。
例：
格雷码为1011011
二进制码为：1101101
十进制码为：1*26+1*25+1*23+1*22+1*20=109 风向值为：WD=109*2.8125=307
结构原理—风速传感器工作原理
新型自动气象站发展
DZZ5—华云升达（北京）气象科技有限责任公司
新型自动气象站发展
DZZ6—中环天仪（天津）气象仪器有限公司
新型自动气象站发展
DZZ1-2—广东省气象计算机应用开发研究所
新型自动气象站设计结构
设计思路
统一标准 统一结构 统一规范
统一功能 统一方法
硬件
采集器采用嵌入式系统 主分多采集器结构 主分采集器通信采用CAN总线
DZZ4自动气象站结构组成
DZZ4自动气象站设备外观及结构图
DZZ4自动气象站功能结构
雷电防护系统
长线串口 直接连通
RS232/RS422/RS485 串口通讯电缆
本地终端计算机
数据采集器系统
气象要素变换 传感器
数据采集
数据存储
数据传输 命令处理
远程无线 数据传输
GPRS CDMA1X 3G、卫星 通讯网络
温湿传感器 中的铂电阻
温湿传感器中的湿 度信号及输入电源
80～120Ω
结构原理—风传感器
ZQZ-TF型测风传感器
风速性能指标： 测量范围：0 m／s～80m／s 分辨率：0.1 m／s 精度：±(0.3+0.02 V) m/s (V-实际 风速) 起动风速：≤0.5m／s 抗风强度：≤80 m／s 输出信号: 频率 工作电压：5VDC 风向性能指标： 测量范围 0---360 分辨率：±3度
结构原理—湿度传感器工作原理
• 湿敏电容是一种具有感湿特性的电介质，其介电常数随相对湿度的 变化而变化。
• 在外界相对湿度发生变化时，作为感湿膜的高分子聚合物能对水汽 分子吸附和释放，其介电常数ε随之变化，促使湿敏电容量发生变化。 • 测湿时的输出信号为电压信号（0～1V），对应湿度为0～100%RH。
3.将格雷码转换为二进制码； 4.将二进制码转为十进制码； 5.风向WD=十进制码×2.8125.
注：若风向输出为模拟电压输出，不是格雷码输出时， 可以按照D=V*360/2.5计算风向
风向计算原理
风向电源5V （采用脉冲电压设计， 用万用表测量时电压 为0） 风速电源 5V
风向格雷码信号 （D6D5D4D3D2D1D0） 高电平为1，低电平为 0 格雷码转二进制：最高位保 留，其他各位异或运算，相 同为0，相异为1 风向估计：二进制*2.8125
换成气象电报和编制成气
象报表的地面气象观测设 备
新型自动气象站发展
全面达到WMO规定的观 测指标，形成自动化、集 约化、标准化的业务体系。
2020
1999
启动地面基本气象要 素的自动气象观测
2008
中国气象局编制《新 型自动气象站功能规 格需求书》，统一了 自动气象站设计要求。
全面提升： 201 建立完善的全自动化 业务流程和观测规范 7
200 6
五种型号的新型自动气象 站完成设计定型，在业务 中推广使用。
2015
2012
第二次跨越： 初步实现云能天自动观测，基 本建立全自动化业务流程和观 测规范。制定了地面软硬件技 术标准和集约化技术架构。
新型自动气象站发展
DZZ3—上海长望气象科技股份有限公司
新型自动气象站发展
DZZ4—江苏省无线电科学研究所有限公司
结构原理—风速传感器
ZQZ-TF型风速传感器
V=0.1f
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结构原理—风传感器接线图
ZQZ-TF型测风传感器
白 红
风向信号D0
风向信号D1
风向信号D2 风向信号D3 风向信号D4 风向信号D5 风向信号D6
紫
12 芯 插 头
棕 橙 淡蓝 黄
(空) 蓝 绿 灰 黑
风速信号WS
风速电源+5V 风向电源+5V 地 屏蔽
保存观测 记录数据， 以备查询、 处理。
数据传 输以及交 互控制命 令处理。
以太网 数据传输
计算机网络
网络计算机
自动气象站电源供电系统 电源（充电）控制器 后备电源 蓄电池 交流市电 太阳能 风力发电
DZZ4自动气象站结构原理
传感器
采集器
电源 通信
结构原理—传感器
传感器类型 传感器名称 型号
翻斗上，就不会给计量翻斗带来附加力，使
• 风速传感器的感应元件为三杯式回转架 • 信号变换电路为霍尔开关电路。
• 在水平风力作用下，风杯组旋转，通过主
轴带动磁棒盘旋转，其上的 36 只磁体形成 18 个小磁场，风杯组每旋转一圈，在霍尔
开关电路中感应出 18 个脉冲信号，其频率
随风速的增大而线性增加。 其校准方程为： V= 0.1F
V：风速，单位：米/秒 F：脉冲频率，单位：赫兹
雨量
如SL3-1，每翻斗计为0.1mm 风向(ZQZ-TF) 七位格雷码，如239度为1111111， 0度为0000000 风速(ZQZ-TF)
输出频率信号，V=0.1f
结构原理—传感器
智能型传感器
传感器内含嵌入式处理器，进行数据采样和处理，直接输 出数据。采集器按一定协议直接读取其数据。
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结构原理—风传感器接线图
风横臂
结构原理—翻斗雨量传感器
SL3-1 型双翻斗雨量传感器主要由承水器 （常用口径为20cm）、上翻斗、汇集漏斗、计 量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。 为了计量正确，上有上翻斗作为过渡， 以保证无论大雨、小雨，计量翻斗受到相同 的冲击力。下有计数翻斗，装有计数用的磁 钢，计量翻斗翻转一次，计数翻斗也翻转一 次，并使安装在固定支架上的干簧管吸合一 次，输出一个脉冲。由于磁钢不安装在计量
表一个风向。
结构原理—风向传感器
ZQZ-TF型风向传感器
七位格雷码盘可将风向标轴的转动角度的度数变换成二进制的数 字信号。