光学雨量监测站校准

1 范围

本文件规定了光学雨量监测站的校准条件、校准项目、校准方法、数据处理、结果表达及校准周期，适用于基于光学散射、遮挡或吸收原理工作的地面固定式、便携式光学雨量监测站的出厂校准、使用中校准及后续检定参照执行。

2 规范性引用文件

JJF 1059 测量不确定度评定与表示

GB/T 21978 降水量观测仪器

GB/T 35221 地面气象观测规范 降水量

3 术语和定义

3.1 光学雨量监测站

通过光电传感器采集降水粒子对入射光的作用信号，经算法转换为降水量、降水强度输出的监测设备。

3.2 降水强度

单位时间内的降水量，单位为毫米每分钟（mm/min）。

3.3 示值误差

被校设备测量值与标准装置给定值的差值占标准值的百分比。

3.4 测量重复性

相同测量条件下，对同一降水强度连续多次测量所得结果的离散程度，以相对标准偏差表示。

4 概述

光学雨量监测站由光学发射模块、接收模块、信号处理单元、数据输出模块组成，无需机械承水部件，通过统计单位时间内穿过光路的降水粒子数量及粒径分布计算降水量。

5 校准条件

5.1 环境条件

校准环境温度控制在15℃~30℃，相对湿度不大于85%，大气压强86kPa~106kPa；校准区域无强光直射、无强电磁干扰、无振动源；标准降水装置出口至被校设备光学感应区域的区域内无气流扰动。

5.2 标准装置及其他设备

采用符合精度要求的标准雨量检定装置或可调流量模拟降水装置，其扩展不确定度不大于被校设备最大允许误差的1/3；配套数据采集系统的采样间隔不大于1s，测量精度不低于0.01mm。

6 校准项目

包括外观检查、零点误差校准、示值误差校准、重复性校准、分辨力核查。

7 校准方法

7.1 预处理与外观检查

将被校设备置于校准环境中静置不少于30min，待设备状态稳定后开展外观检查：设备外壳无变形、开裂，标识清晰完整，光学窗口表面无油污、灰尘、划痕等影响光路传输的缺陷，电气接口连接牢固，通电后自检功能正常。

7.2 零点校准

启动被校设备，在标准装置无降水输出的状态下连续采集10组零点数据，零点示值最大值与最小值的差值应符合设备技术指标要求，超出限值时需重新清洁光学窗口或排查电路干扰。

7.3 示值误差校准

选取被校设备测量范围20%、50%、80%三个典型降水强度点作为校准点，必要时可增补0.1mm/min（小雨）、4mm/min（大雨）、8mm/min（暴雨）等行业常用特征点。每个校准点重复测量3次，每次测量时长不少于60s，待标准装置流量稳定后同步记录标准值与设备输出值。

7.4 重复性校准

选取50%量程对应的降水强度作为重复性测试点，在相同条件下连续测量6次，记录每次的测量值用于后续计算。

7.5 分辨力核查

调节标准装置输出，逐步降低降水强度至设备刚好能输出有效变化值，该值即为实测分辨力，与设备标称分辨力比对。

8 数据处理

8.1 示值误差计算

单点示值误差按公式(1)计算：

δᵢ = (P̄ᵢ - Pₛᵢ) / Pₛᵢ × 100%

式中：

δᵢ——第i个校准点的示值误差，%；

P̄ᵢ——第i个校准点3次测量值的平均值，mm/min；

Pₛᵢ——第i个校准点的标准降水强度值，mm/min。

8.2 重复性计算

重复性按公式(2)计算：

sᵣ = (1/P̄) × √[Σ(Pⱼ - P̄)²/(n-1)] × 100%

式中：

sᵣ——测量重复性，%；

Pⱼ——第j次重复性测量值，mm/min；

P̄——6次重复性测量值的平均值，mm/min；

n——重复测量次数，n=6。

8.3 结果修约

所有计算结果修约至小数点后两位，校准结果的不确定度评定按JJF 1059要求执行。

9 校准结果表达

校准完成后出具校准证书，内容包含：设备基本信息、校准环境条件、标准装置信息、各校准项目结果、测量不确定度、校准日期、建议复校日期、校准机构资质标识。若设备存在某项指标超出技术要求的情况，需在证书中单独标注。

10 校准周期

常规使用场景下的校准周期不超过12个月。若设备处于高粉尘、高盐雾、强紫外线等恶劣环境，或累计工作时长超过8000h，或测量结果出现明显跳变，应缩短校准周期。连续两次校准结果偏差均小于最大允许误差的1/3时，可适当延长校准周期，最长不超过24个月。

11 注意事项

校准过程中禁止触碰被校设备光学窗口，禁止在测量未完成时调整设备位置或改变标准装置流量；若设备自带自校准功能，校准前需先运行自校准程序；长期停用后的设备需连续通电预热不少于2h后再开展校准。