雪水当量传感器

在冬奥会所有比赛项目中，雪上项目约占70%。跳台滑雪、高山滑雪等都极具速度和技巧，雪特性以及气候变化对运动员的影响很大。作为冬奥雪上项目主场，张家口属于温带大陆性季风气候，早晚温差大、风大，白天气温温差大，雪会融化，到了晚上，雪温、空气相对湿度变化，雪的硬度也会发生变化。工作人员要及时监测赛场雪况，给运动员更好的比赛条件。雪的测试涉及参数众多，包括雪状、雪硬度、雪密度、雪深度、降雪量、雪压、穿透阻力、粒径、粘滞系数、移雪量、雪通量、雪浓度、雪晶浓度、雪面温度、雪水当量、雪中含水量和含冰量等。那么如何通过仪器揭示雪的“奥秘”呢？小编特整理了一些与“雪”有关的仪器，以供参考。积雪贯入仪贯入仪亦称穿透计，是一种测定土壤穿透阻力的仪器。而积雪贯入仪是一种测定积雪穿透阻力的仪器，可以用来表征雪硬度。随着南极科考事业的蓬勃发展以及北京和张家口共同获得2022年冬季奥林匹克运动会的举办权，冬奥会滑雪场和相关配套基础设施的建设工作也一直广受各界的关注。因此，南极机场跑道和滑雪场跑道等冰雪工程建设的发展，对于我国南极科考事业的发展和2022年北京冬季奥运会的顺利举办具有重要的战略意义。其中，压实积雪跑道的硬度测量所涉及的测试技术的发展以及相关贯入仪的研发是需要解决的首要技术问题。贯入仪是一种具有广泛应用前景的仪器，还可以在其上安装许多额外的传感器，从而可以在一次测试中获得大量信息，包括力学、微观结构、视觉、雪崩等。冰雪粒径检测仪和雪硬度计高山滑雪比赛项目中，运动员最高时速可达到 248km/h，对雪道硬度有苛刻要求。雪道表面必须保持结晶状态，近似于冰面，被称为冰状雪。冰状雪不是单纯让雪结冰，而是雪质硬化的过程，需要 " 精耕细作 "。如何评价“冰状雪”赛道质量？中国科学院南京天文光学技术研究所南极团队，参与承担了科技部“科技冬奥”重点专项中关于冰状雪赛道质量检测的专用仪器的研制工作，与中国气象科学研究院合作研发了冰雪粒径检测仪和雪硬度计，助运动员乘风破浪，为北京 2022 年冬奥会保驾护航。雪温雪状观测仪奥运气象保障要求气象数据获取达到“秒级、分钟级”，通过气象数据信息了解区域内气象要素实时变化，为组委会和运动员提供实时气象信息。针对冬奥会场地特殊的气象监测需要，航天新气象公司组织技术攻关小组，研究冬奥会雪务观测需求，设计了一款实时为赛事场地的短临预报服务提供数据支撑的雪温雪状观测仪。这款仪器能自动识别粉状雪、壳状雪、冰状雪、浆状雪四种雪状，并探测雪地实时温度。它支持蓝牙和4G通信，实时定位，在线地图回看坐标数据，可随时随地进行探测，一键生成数据报文、抓取图像，满足赛场精细化观测需求。这也是冬奥会官方指定的一款测雪气象装备。超声波积雪雪深计超声波积雪深度计是利用超声波技术测量积雪深度的仪器。在高于当地最大积雪深度的一根支杆上，装有一个超声波转换器，由其发出的声脉冲经雪面反射后又被它所接收。从测得声脉冲返回的时间就可算出转换器到雪面的距离，而转换器到地面的距离是固定的，故后者减去前者即为积雪深度。激光雪深计激光雪深计在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离，叠加基准面的初始值从而计算出雪深。融雪型雨雪量计融雪型雨雪量计是利用加热、不冻液等方式将固态降水（雪、雨夹雪）融化为液态后，进行雨雪量自动测量的仪器。融雪型雨雪量计由融雪装置、雨量传感器、记录器三部分组成，其中记录器可置于室内。国际上比较成熟的融雪型雨雪量计主要有三种，包括电加热式、不冻液式和燃气加热式。这三种雨雪量计均采用翻斗式雨量传感器。近几年我国也研制成几种融雪型雨雪量计，大多数为不冻液式。雪水当量测试仪雪水当量是指当积雪完全融化后,所得到的水形成水层的垂直深度。一种雪水当量仪的测量原理是基于雪层所引起的流体静压强（静力压），即：雪层对充满水袋内液体（水和乙二醇以1比1比例混合，有防冻作用）的压力转换为水袋内液体对传感器的压力，传感器内的液体上升，上升的液体对传感器产生一个压力，然后转换为电压模拟量输出到数据采集器，数据采集器采集信号并运算，最后得到雪水当量。同时测得的雪深，并利用“雪水当量=积雪平均密度*积雪深度”的计算公示即可得出积雪密度。雪面温度监测仪雪面温度测量是地面气象观测重要的一部分，不同于传统的固定位置的温度测量仪器。按照《地面气象观测规范》，雪面温度测量要符合规范要求，当降雪覆盖了温度传感器时，要人工将其拔出，并重新放置，并使得温度传感器一半位于雪中，另一半暴露于空气当中。风吹雪粒子监测系统风吹雪，由气流挟带起分散的雪粒在近地面运行的多相流，又称风雪流，简称吹雪。它是一种较为复杂的特殊流体，有较大的危害性。起动风速和雪的输送是风吹雪的主要形成过程。前者是指使雪粒起动运行的临界风速，它的大小既和雪的密度、粒径、粘滞系数等有关，又与太阳辐射、气温、地面粗糙度等外界条件相关。 “风吹雪”现象常发生在雪停之后，通常会出现在晴朗天气。风吹雪粒子监测系统利用可见激光，发射端和接收端之间产生直径非常小的光斑，在发射和接收器之间的光束衰减或阻断来识别雪粒和雪片。其可用来测量风吹雪粒子的通量、环境的温湿度及风力的大小，是测量暴风雪的高精度传感器，主要是测量风雪（暴风雪）的颗粒，风从地面被风吹起雪沙粒的大小的专业产品，可应用于雪通量的理论模型研究、雪崩预警、常规冰雪特性研究等领域。除以上仪器外，雪测量仪器还包括称雪器、积雪重量级、雪量计、移雪量测试仪等。

在春夏秋冬四个季节中，夏季可以说是最适合进行户外运动的季节。不过毒辣的阳光和较高的温度也让进行户外活动的人们随时有着脱水中暑的危险。为了解决这个问题，Sandia National Laboratories近日研制成功了一款手腕式传感器，能告诉人们什么时候该补充水份了。　　该传感器的背面分布有一系列微型探针，能够在与手腕皮肤接触时轻微刺入皮肤内部来检测细胞间的含水量。当含水量低于预设的警戒值时，该传感器就会发出警告，提醒用户喝水的时间到了。从功能上来看，该传感器在体育和军事领域都有着广阔的应用前景，此外还可以用于医疗行业，比如监测病人的脱水状况。目前Sandia National Laboratories正在努力实现脱水腕式传感器的商业化应用，说不定未来几年内就会出现能够提醒用户喝水的智能手表了。

细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。目前测量PM2.5的方法主要有以下5种：一种：红外法和浊度法红外由于光线强度不够，只能用浊度法测量。所谓浊度法，就是一边发射光线，另一边接收，空气越浑浊光线损失掉的能量就越大，由此来判定目前的空气浊度。实际上这种方法是不能够准确测量PM2.5的，甚至光线的发射、接收部分一旦被静电吸附的粉尘覆盖，就会直接导致测量不准确。这种方法做出来的传感器只能定性测量（可以测出相对多少），不能定量测量（因为数值会飘）。更何况这种方法也区分不出颗粒物的粒径来，所以凡是用这种传感器的性能都相对要差一些。第二种：激光法和粒子计数法就是激光散射，而不是直接测量浊度，这一类的传感器共同的特点就是离不开风扇（或者用泵吸），因为这种方法空气如果不流动是测量不到空气中的悬浮颗粒物的，而且通过数学模型可以大致推算出经过传感器气体的粒子大小，空气流量等，经过复杂的数学算法，最终得到比较真实的PM2.5数值，这一类传感器是激光散射，对静电吸附的灰尘免疫，当然如果用灰尘把传感器堵死了，自然也不可能测到。第三种：Beta射线法Beta射线仪是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。Beta射线法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35%以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了Beta射线源和Beta射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加，此时Beta射线检测器检测到的Beta射线强度会相应地减弱。由于Beta射线检测器的输出信号能直接反应颗粒物的质量变化，仪器通过分析Beta射线检测器的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集的样品体积，最终得出采样时段的颗粒物浓度。配置有膜动态测量系统后，仪器能准确测量在这个过程中挥发掉的颗粒物，使最终报告数据得到有效补偿，接近于真实值。第四种：微量振荡天平法微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。微量振荡天平法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h，环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后，成为符合技术要求的颗粒物样品气体。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。5、重量法我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10的浓度。必须注意的是，计量颗粒物的单位ug/m3中分母的体积应该是标准状况下（0℃、101.3kPa）的体积，对实测温度、压力下的体积均应换算成标准状况下的体积。由于红外法测量PM2.5的传感器性能较差，且Beta射线法、微量振荡天平法、重量法三种方法的原理应用比较困难且价格较高，所以市面上比较多的是采用激光散射原理来测量PM2.5浓度的PM2.5传感器。 建大仁科空气质量变送器RS-PM-*-2是一款工业级通用颗粒物浓度变送器，采用激光散射测量原理，通过独有的数据双频采集技术进行筛分，得出单位体积内等效粒径的颗粒物粒子个数，并以科学独特的算法计算出单位体积内等效粒径的颗粒物质量浓度，以485 接口通过 ModBus-RTU 协议进行数据输出。可用于室外气象站、扬尘监测、图书馆、档案馆、工业厂房等需要PM2.5或 PM10浓度监测的场所。