压电雨量监测系统校准

1. 概述

压电雨量监测系统基于压电效应原理，通过感知雨滴撞击传感器表面产生的机械振动信号换算降雨量。受传感器老化、环境干扰及安装条件影响，系统测量值可能产生偏差。校准是通过标准输入信号或参照基准仪器，调整系统参数以确保测量精度的必要过程。本文件规定了校准流程、技术指标及判定标准，适用于压电雨量监测系统的现场校准与实验室标定。

2. 校准前准备

2.1 环境条件

温度：5℃~35℃

相对湿度：≤85% RH

无强电磁干扰、无剧烈振动

静态校准需在室内稳定环境下进行；动态校准可选择实验室模拟降雨或野外现场比对

2.2 设备与工具

标准雨量计（翻斗式，精度±0.1mm）

精密注射泵/滴定管（容积误差≤0.5%）

信号发生器（输出频率0.1Hz~10kHz，幅值可调）

数据采集仪（采样率≥100Hz，分辨率16位）

水平校准仪、温湿度计

专用校准软件（支持系数配置与数据导出）

2.3 被校系统检查

确认传感器表面清洁，无附着物、油污或损伤

检查供电电压稳定性（额定值±5%范围内）

验证通信链路正常（RS485/4G/LoRa信号强度≥-85dBm）

记录传感器序列号、安装位置及上次校准日期

3. 校准项目与方法

3.1 静态特性校准

3.1.1 零点漂移校准

步骤：断开降雨模拟源，持续采集传感器输出信号30min

要求：输出值波动范围应≤±0.05mm/h，否则执行零点复位操作

3.1.2 灵敏度标定

采用精密注射泵以恒定速率（0.5mm/min、2mm/min、5mm/min）向传感器表面滴注去离子水

每速率点重复测量3次，记录系统输出的累计降雨量

按公式  K =    Q meas    Q std   计算校准系数（ Q std 为标准注水量， Q meas 为系统测量值）

3.2 动态响应校准

3.2.1 雨强线性度测试

使用标准喷头模拟降雨，设置雨强梯度：10mm/h、30mm/h、50mm/h、80mm/h、100mm/h

每种雨强持续稳定输出15min，同步记录标准雨量计与被校系统数据

计算线性误差： δ =    R std    ∣R meas −R std ∣   ×  100%，要求δ≤3%

3.2.2 雨滴谱响应测试

采用不同直径（1mm、2mm、3mm）的模拟雨滴冲击传感器

统计各直径雨滴的测量误差，确保系统在雨滴粒径0.5mm~5mm范围内的测量偏差≤5%

3.3 环境适应性校准

3.3.1 温度补偿校准

将传感器置于恒温箱，在-10℃、0℃、25℃、40℃条件下分别进行灵敏度测试

建立温度-校准系数补偿曲线，写入系统固件

3.3.2 抗干扰测试

在传感器附近启动功率≤200W的电机设备，验证振动干扰下的测量稳定性

施加50Hz/1Vpp电磁干扰信号，检查信号输出波动幅度（应≤±0.1mm/h）

4. 数据处理与结果判定

4.1 数据记录

原始数据需包含时间戳、标准值、测量值、环境温度、供电电压

异常数据（如突跳值、持续偏离值）需标注并分析原因

4.2 校准系数计算

采用最小二乘法拟合标准值与测量值的线性关系： y =  ax +  b

斜率 a作为主校准系数，截距 b作为零点修正值

相关系数 r 2应≥0.99

4.3 合格判定

校准项目	技术指标	判定依据
静态灵敏度误差	≤±2%	GB/T 21978.2-2014
动态线性误差	≤±3%	SL 21-2015
温度漂移	≤±0.5%/10℃	JJG 524-2018
重复性误差	≤±1%	企业技术规范

5. 校准后处理

将校准系数录入系统配置参数，执行参数固化操作

出具校准证书，包含：校准日期、环境条件、设备编号、校准结果、下次校准日期

在校准标签上注明有效期（通常为12个月），粘贴于传感器外壳醒目位置

6. 注意事项

校准过程中禁止触碰传感器感应面

模拟降雨用水需使用蒸馏水或去离子水，避免杂质堵塞

校准完成后需进行24小时连续运行测试，验证稳定性

若系统更换核心部件（如压电陶瓷片、信号放大电路），需重新执行全项校准

7. 附录

校准记录表模板

校准系数计算公式推导

常见故障排查对照表