余昌松，安 濤，劉大偉，王 旭

（淳安縣氣象局，浙江淳安 311700）

區(qū)域自動(dòng)氣象站運(yùn)行維護(hù)及故障維修方法的探討

余昌松，安 濤，劉大偉，王 旭

（淳安縣氣象局，浙江淳安 311700）

從區(qū)域自動(dòng)氣象站的工作原理分析入手，結(jié)合日常維護(hù)保障工作實(shí)際，文章總結(jié)了自動(dòng)氣象站運(yùn)行維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)，簡單介紹區(qū)域自動(dòng)氣象站故障維修方法，希望能給區(qū)域自動(dòng)氣象站維修保障人員提供幫助。

區(qū)域自動(dòng)氣象站 運(yùn)行維護(hù) 故障維修 方法

區(qū)域自動(dòng)氣象站是國家氣象觀測網(wǎng)的補(bǔ)充，是氣象現(xiàn)代化的組成部分[1]。根據(jù)需要，淳安縣氣象局從2002年開始建設(shè)區(qū)域自動(dòng)氣象站，到目前為止全縣已建成兩要素區(qū)域站23個(gè)、四要素區(qū)域站71個(gè)和六要素區(qū)域站12個(gè)。這些區(qū)域自動(dòng)氣象站在為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和決策氣象服務(wù)，特別是重大氣象災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)報(bào)中發(fā)揮了重要的作用。但是區(qū)域自動(dòng)氣象站運(yùn)行維護(hù)和故障維修方面，也面臨著一些問題。本文結(jié)合自己的工作實(shí)際，提出了區(qū)域自動(dòng)氣象站日常維護(hù)的方法，總結(jié)了故障維修方面的經(jīng)驗(yàn)，希望能對同行有所借鑒和幫助。

1 區(qū)域自動(dòng)氣象站的工作原理

區(qū)域自動(dòng)氣象站是一種帶有存儲(chǔ)功能的多要素氣象自動(dòng)觀測站，主要由傳感器、采集器、通訊接口、系統(tǒng)電源等組成。當(dāng)氣象要素變化時(shí)，各傳感器的感應(yīng)元件將氣象要素的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，這種變化的電信號被CPU實(shí)時(shí)控制的數(shù)據(jù)采集器所采集，經(jīng)過線性化和定量化處理，實(shí)現(xiàn)工程量到氣象要素量的轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和質(zhì)量控制，并還原成各個(gè)氣象要素的實(shí)時(shí)值[2-4]，然后由通訊接口傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心站或用戶終端的微機(jī)上，實(shí)現(xiàn)氣象資料共享。

2 區(qū)域自動(dòng)氣象站的日常維護(hù)

通常情況下，區(qū)域自動(dòng)氣象觀測站設(shè)置在各個(gè)不同的區(qū)域，在野外長期經(jīng)受各種自然災(zāi)害和惡劣天氣的影響，改變儀器設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)所設(shè)定的工作環(huán)境，必然導(dǎo)致儀器設(shè)備的損壞和故障頻發(fā)，觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的偏離。為了保證氣象觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性，區(qū)域自動(dòng)氣象站儀器設(shè)備需要正常標(biāo)校和日常維護(hù)工作。

2.1 傳感器的日常維護(hù)

溫度、濕度傳感器通常是封裝在一個(gè)盒子里，溫度傳感器是借用金屬鉑隨空氣中溫度改變電阻率有一個(gè)相應(yīng)變化的原理來測定空氣溫度；而濕度傳感器則利用高分子濕敏電容隨空氣中濕度變化其對應(yīng)介質(zhì)常數(shù)有相應(yīng)的變化來測量空氣濕度的。溫度、濕度傳感器的日常運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)方面需要做好定期保潔，及時(shí)排除百葉窗中的灰塵和污漬，溫濕度傳感器外表面的清潔工作，保持百葉箱內(nèi)空氣自然流通，使傳感器的感應(yīng)元件與空氣密切接吻，消除因灰塵和污漬造成接觸誤差。保潔工作時(shí)，要格外小心，謹(jǐn)慎細(xì)致操作，以免弄折儀器的微型探頭，黑色過濾器中的濾網(wǎng)也要用干凈的毛刷刷干凈。

氣壓傳感器是由空氣通過導(dǎo)氣孔進(jìn)入振動(dòng)筒改變振動(dòng)筒的固有振動(dòng)頻率來測量氣壓[5]。當(dāng)導(dǎo)氣孔或連接的通氣管內(nèi)沾上灰層和蜘蛛網(wǎng)時(shí)，通氣的內(nèi)徑變小，振動(dòng)筒內(nèi)外空氣自然流動(dòng)減慢，氣壓記錄就會(huì)偏離。所以在日常維護(hù)時(shí)，要及時(shí)清除導(dǎo)氣孔和通氣管內(nèi)的灰層和蜘蛛網(wǎng)，保持氣壓傳感器內(nèi)部的清潔，保證振動(dòng)筒內(nèi)外空氣的自然流動(dòng)。

雨量傳感器，有雨時(shí)，承水器收集的雨量由漏斗流進(jìn)上翻斗，雨量積到一定量時(shí)上翻斗翻轉(zhuǎn)，雨量通過匯集漏斗的節(jié)流管對強(qiáng)降水進(jìn)行調(diào)節(jié)，變成較均勻的降水，目的是減少強(qiáng)降水造成的測量誤差。有0.1 mm雨量計(jì)量翻斗翻轉(zhuǎn)，雨水倒進(jìn)計(jì)數(shù)翻斗，計(jì)數(shù)翻斗帶動(dòng)磁鋼翻轉(zhuǎn)，對干簧管掃描1次，干簧管閉合1次送出1個(gè)開關(guān)信號，采集器存儲(chǔ)0.1 mm 降水量。雨量傳感器的運(yùn)行維護(hù)：首先檢查承器水平是否偏離，下水漏斗、節(jié)流管是否被泥沙等雜物堵塞，各翻斗是否有泥沙油污吸附、翻動(dòng)是否靈活，雨量筒下水是否通暢，濾網(wǎng)是否清潔等。其次是檢查雨量的最大允差是否超過標(biāo)準(zhǔn)（小雨強(qiáng)時(shí)，最大允差偏離±0.3 mm；大雨強(qiáng)時(shí)，最大允差偏離±4%[4]）。通常量出10 mm清水慢慢倒入承水器，檢查測量誤差（小雨強(qiáng)和大雨強(qiáng)各檢查1次），如果誤差超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，先檢查干簧管工作正常；如果干簧管輸出信是正常的，就要調(diào)整計(jì)數(shù)翻斗的基點(diǎn)的位置，保證降水的最大允差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

風(fēng)向、風(fēng)速傳感器的維護(hù)保養(yǎng)比較簡單，只要保持風(fēng)速、風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)靈活，連接線接頭和插頭牢固，信號能正常傳輸就可以。另外，傳感器的指北線與地理北線要保持一致。

2.2 采集器的日常維護(hù)

采集器是區(qū)域自動(dòng)氣象站的核心，具有數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。采集器對環(huán)境要求比較高，需要有干燥、清潔、無塵、無潮氣的工作環(huán)境。采集器要進(jìn)行定期清潔保養(yǎng)清除雜物，特別要檢查采集器底部的進(jìn)線孔是否密封。進(jìn)線孔不密封，容易造成潮濕空氣（特別是狂風(fēng)暴雨天氣）進(jìn)入到采集器內(nèi)部，影響采集器的正常工作，時(shí)間長會(huì)導(dǎo)致采集器零部件銹蝕和電氣線路損壞。另外，連接線纜的檢查是必不可少的，要求接口牢固，有破損、老化的線纜要更換，保證采集器、傳感器、通訊接口之間信號的正常傳輸。

3 區(qū)域自動(dòng)氣象站故障分析及維修方法

3.1 系統(tǒng)電源故障判斷及維修

夜間或陰雨天氣采集器無數(shù)據(jù)上傳，晴天有光照時(shí)，采集器又恢復(fù)正常。原因是太陽能電池板老化或蓄電池?fù)p壞，造成采集器供電電壓過低（＜5V）而自動(dòng)關(guān)閉。用萬用表檢查太陽能電池空載電壓（正常為12～15 V），輸出電流（正常為l A左右），如果太陽能電池板電壓和輸出電流正常，應(yīng)該是蓄電池?fù)p壞（空載檢測蓄電池電壓偏低），更換后能恢復(fù)正常，則故障排除；否則，是太陽能電池板損壞，要換太陽能電池。

采集器上傳數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?；虿杉鞑荒軉?dòng)。原因是傳感器或采集器供電異常。通過數(shù)據(jù)通信終端發(fā)送檢查指令RD，查看最后返回的采集器電壓。是電源電壓過低采集器不能啟動(dòng)，更換電源控制器恢復(fù)正常，則故障排除。

3.2 采集器故障判斷及維修

采集器無數(shù)據(jù)上傳或上傳數(shù)據(jù)部分異常。如果是采集器內(nèi)部程序死鎖，重啟采集器，數(shù)據(jù)采集、傳輸恢復(fù)正常，則故障排除；如果是采集器數(shù)據(jù)通道故障，重啟采集器，仍有部分要素缺測，用缺測部分的傳感器直接接到采集器對應(yīng)通道，數(shù)據(jù)采集恢復(fù)正常，判定是采集器數(shù)據(jù)通道故障，更換采集器恢復(fù)正常，則故障排除。

3.3 傳感器故障判斷及維修

傳感器的故障判斷，通常是通過數(shù)據(jù)通信終端發(fā)送檢查指令RD，查看最后一次各上傳數(shù)據(jù)的電壓值，如果傳感器無返回或返回?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤，就判斷該傳感器故障；如果返回的數(shù)據(jù)懷疑有問題，則要對有問題的傳感器作具體分析，尋找故障部位加以排除。

（1）溫濕度傳感器故障判斷

溫度傳感器采用恒流源供電四線制電路連接方式，其電原理圖如圖1所示。檢查溫度傳感器是否損壞，用萬用表測出R0和Rt的電阻值，并用R0和Rt的差值代入氣溫的理論計(jì)算

圖1 溫度傳感器電原理

公式T=（R-100）/0.38，算出當(dāng)時(shí)的氣溫與實(shí)際氣溫比較，如果兩者差值（≥5°），判斷溫度傳感器損壞，改用備份溫度傳感器，溫度記錄正常則故障排除。

濕度傳感器是否損壞，一般用濕度傳感器輸出電壓的高低來判斷。空氣濕度在0～100%之間變化時(shí)，濕度傳感器輸出對應(yīng)的電壓在0～1V之間變化障[6]。檢查時(shí)，萬表電壓檔測量濕度信號線與GND線之間的電壓超出1V，判斷濕度傳感器損壞，更換備份濕度傳感器，記錄恢復(fù)正常則故障排除。

（2）氣壓傳感器故障判斷

氣壓傳感器損壞的概率比較低，主要因環(huán)境改變引起的故障比較多。首先用氣壓記錄與標(biāo)準(zhǔn)站測得氣壓的差值的大小來判斷，如果差值很大，說明氣壓記錄有問題。其次是檢查氣壓的顯示值能否隨時(shí)間有變化，有變化說明氣壓傳感器本身是正常的（否則，要對內(nèi)部線路進(jìn)行排查）；最后要檢查氣壓傳感器所處的環(huán)境是否有改變。氣壓傳感器長期在野外工作，導(dǎo)氣孔及連接的通氣管內(nèi)容易沾上灰塵污垢或蜘蛛網(wǎng)，從而改變振動(dòng)筒內(nèi)外空氣的流速和流量，使氣壓記錄的偏離，堵塞嚴(yán)重會(huì)造成氣壓傳感器記錄失靈、失真，導(dǎo)氣孔和通氣管疏通后，按下復(fù)位鍵，氣壓記錄恢復(fù)正常，則故障排除。

（3）雨量傳感器故障判斷

雨量傳感器的故障，主要有漏斗和調(diào)節(jié)管堵塞、翻斗故障、磁鐵失磁、干簧管短路等。例如某區(qū)域站雨量明顯均較周圍站小，并且小雨時(shí)，無雨量記錄，懷疑是下水漏斗、節(jié)流管被泥沙等雜物堵塞，清除堵塞物，則故障排除；例如某區(qū)域站雨量均較周圍站數(shù)據(jù)偏小，用萬用表電阻連接干簧管兩端，人為翻動(dòng)翻斗，發(fā)現(xiàn)有漏記，懷疑是干簧管靈敏度降低或小磁鐵失磁；更換干簧管或小磁鐵故障依然存在，后來發(fā)現(xiàn)是固定在計(jì)數(shù)翻斗上的磁鐵松動(dòng)，增加了磁鐵與干簧管的距離，重新調(diào)整位置并固定后，則故障排除。另外，出現(xiàn)很大的降雨時(shí)，翻斗的翻轉(zhuǎn)（彈性作用）會(huì)加速（增加），降雨量會(huì)偏大，在資料使用時(shí)要適當(dāng)考慮誤差（訂正）。

（4）風(fēng)速、風(fēng)向傳感器故障判斷

風(fēng)速、風(fēng)向傳感器的故障比較少，本文主要介紹測量輸出電壓來判斷故障。說明書介紹，風(fēng)向輸出的模擬電壓0～2.5V，對應(yīng)是0～360度，風(fēng)速傳感器正常工作電壓是采集器電壓的一半左右。如果懷疑風(fēng)速、風(fēng)向傳感器有問題，用萬用表電壓檔分別測量輸出風(fēng)向信號電壓和風(fēng)速傳感器工作電壓，當(dāng)測量的電壓超出對應(yīng)范圍時(shí)，則判斷風(fēng)速、風(fēng)向傳感器有故障，更換后，風(fēng)向、風(fēng)速恢復(fù)正常，則故障排除。

3.4 通信模塊故障判斷

區(qū)域自動(dòng)氣象站是采用移動(dòng)通信方式傳輸數(shù)據(jù)的，要檢查GPRS天線、測定GPRS信號強(qiáng)度、穩(wěn)定性、了解GPRS卡繳費(fèi)情況。是天線故障，則需要調(diào)整或更換天線；是GPRS是卡損壞或信號問題，借用手機(jī)來測定，是卡損壞，更換新卡；是信號不穩(wěn)定、信號太弱，及時(shí)聯(lián)系運(yùn)營商對GPRS信號進(jìn)行優(yōu)化；是GPRS卡欠費(fèi)，及時(shí)交費(fèi)，遲早恢復(fù)。經(jīng)上述步驟仍不能恢復(fù)通信，判斷通信模塊損壞，更換通信模塊恢復(fù)正常，故障排除。

4 結(jié)語

區(qū)域自動(dòng)氣象站的故障是多種多樣，即使同一種故障現(xiàn)象有可能是不同的因素引起的，只有正確理解區(qū)域站的工作原理和系統(tǒng)掌握各部分之間的內(nèi)在聯(lián)系，才能正確地分析出故障的原因，正確地選擇排除故障的方法。同時(shí)，在維護(hù)維修過程中，要認(rèn)真做好維修筆記，不斷歸納總結(jié)維修經(jīng)驗(yàn)，才能舉一反三，提高對區(qū)域自動(dòng)氣象站故障的分析判斷能力和故障維修的效率，為區(qū)域站正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障[7-8]。

[1] 中國氣象局氣象發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年），2011，（12）

[2] 胡玉峰．自動(dòng)氣象站原理與測量方法．北京：氣象出版社，2004

[3] 北京華創(chuàng)升達(dá)高科技發(fā)展中心．CAWS600型自動(dòng)氣象站技術(shù)及使用說明書．2002

[4] 北京華創(chuàng)升達(dá)高科技發(fā)展中心．CAWS600型自動(dòng)氣象站維修手冊．2004

[5] 楊茂水，李樹貴．自動(dòng)氣象站氣壓、溫度和風(fēng)傳感器工作原理．山東氣象，2002，28（2）：48～54

[6] 王宇，羅鳳榮，周慧伏，等，區(qū)域自動(dòng)氣象觀測站常見故障及解決方法以，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014，23：265～267

[7] 中國氣象局，地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件和記錄簿表格式．北京：氣象出版社，2005

[8] 孫學(xué)金，王曉蕾，李浩，等．大氣探測學(xué)．北京：氣象出版社，2009