太陽輻射儀器的日常維護及常見故障排除思路

（烏蘭烏蘇農業(yè)氣象試驗站,石河子市，832000） 樊新燕

太陽輻射能是地球大氣最重要的能量來源，自20世紀50年代，我國就開始太陽輻射觀測工作，上世紀90年代新型輻射儀器投入使用，2006年烏蘭烏蘇農業(yè)氣象試驗站建成氣象輻射觀測一級站，開始太陽總輻射、散射輻射、太陽直接輻射、反射輻射和凈全輻射5個要素的觀測。儀器性能處于良好狀態(tài)是獲取具有代表性、準確性和比較性的輻射數據的前提，本人根據該站太陽輻射儀器的運行情況，總結了輻射儀器的日常使用維護、常見故障排除思路等，供廣大業(yè)務工作人員參考和借鑒。

1 輻射儀器的日常使用和維護

1.1 總輻射表的使用和維護

總輻射的觀測，在日出前把金屬蓋打開，輻射表就開始感應，記錄儀自動顯示總輻射的瞬時值和累計總量。日落后停止觀測，并加蓋；若夜間無降水或無其它可能損壞儀器的現象發(fā)生，總輻射表也可不加蓋。

開啟或蓋上金屬蓋應特別小心，要旋轉到上下標記點對齊，才能開啟或蓋上。由于石英玻璃罩貴重且易碎，操作時動作要輕。冬季玻璃罩及其周圍如附有水滴或其它凝結物，應擦干后再蓋上，以防結冰。金屬蓋一旦凍住，很難取下時，可用吹風機使凍結物融化后將蓋取下，但要仔細，以免損壞玻璃罩。總輻射表防水性能較好，一般短時間或降水較小時可以不加蓋?？傒椛浔硪竺績赡晷室淮危枘z由藍色變成紅色或白色判斷為已變潮。受潮的硅膠，可在烘箱內烤干變回藍色后再使用。每日上、下午至少各一次對總輻射表進行如下檢查和維護：

（1）儀器是否水平，感應面與玻璃罩是否完好；（2）熱電堆表面色澤和質地是否均勻；

（3）儀器是否清潔，玻璃罩如有灰塵、露、霜、霧水、雪和雨水時，應用鏡頭刷或麂皮及時清除干凈，注意不要劃傷或磨損玻璃罩；

（4）玻璃罩不能進水，罩內也不應有水汽凝結物；

（5）干燥器內硅膠是否變潮，否則要及時維護或更換；

（6）降大雨、雪、冰雹或較長時間的雨雪，應根據具體情況及時加蓋，雨停后即把蓋打開；

（7）遇強雷暴等惡劣天氣時，應加蓋并加強巡視，發(fā)現問題及時處理。

1.2 散射輻射表的使用和維護

散射輻射表的使用與維護基本同總輻射表。日出前，轉動絲桿調整螺旋，將遮光環(huán)按當日赤緯調在標尺相應的位置上（有時也可幾天調整一次），使遮光環(huán)全天遮住太陽直接輻射。每日上、下午巡視一次，檢查遮光環(huán)陰影是否完全遮住儀器的感應面與玻璃罩，否則應及時調整。

平時要經常保持遮光環(huán)部件的清潔和絲桿的轉動靈活。發(fā)現絲桿有灰塵或轉動不靈活時，尤其是風沙過后，要用汽油或酒精將絲桿擦凈。若較長時間不使用，應將遮光環(huán)取下或用罩蓋好，以免絲桿和有關部件銹蝕。長時間使用遮光環(huán)，當圈環(huán)顏色（外白內黑）褪色或脫落時，應重新上漆。

1.3 直接輻射表的使用和維護

直接輻射表與其它輻射表相比，不僅感應件要靈敏，而且還要跟蹤準確，才能獲得準確的直接輻射。要保持在任何天氣條件下常年不斷地、準確可靠地跟蹤太陽是不容易的，因此要嚴格遵守操作規(guī)程。

用直接輻射表進行連續(xù)記錄時，需要防雨、雪等。例如，通常用石英制作的光學窗置于儀器的前端。必須注意保證光學窗的清潔，并且在其內表面不能出現凝結物。每天早上日出前，應檢查進光筒石英玻璃窗是否清潔，如有灰塵、水汽凝結物應及時用軟布擦凈。跟蹤架要精心使用，切勿碰動進光筒位置，每天上下午至少各檢查一次儀器跟蹤狀況（對光點），遇特殊天氣要經常檢查。如有較大的降水、雷暴等惡劣天氣不能觀測時，要及時加蓋。轉動進光筒對準太陽，一定要按操作規(guī)程進行，絕不能用力太大，否則容易損壞電機。直接輻射表每月檢查的內容和總輻射表基本相同，除檢查感應面、進光筒內是否進水、接線柱和導線的連接狀況外，重點應檢查儀器安裝與跟蹤太陽是否正確。

1.4 反射輻射表的使用和維護

反射輻射表的使用、維護和一般性檢查與總輻射表相同。

1.5 凈全輻射表的使用和維護

凈全輻射表觀測的是全輻射差額，不僅白天觀測，夜間也要觀測。凈全輻射表和總輻射表一樣，除每日上、下午至少各檢查一次儀器狀態(tài)外，夜間還應增加一次檢查。每次檢查和維護的內容如下：

（1）感應面是否水平。

（2）薄膜罩是否清潔和呈半球凸起。罩外部如有水滴，應用脫脂棉輕輕抹去，若有塵埃、積雪等，可用橡皮球打氣，使罩凸起并排除濕氣。薄膜罩通常每月更換一次，風沙多、大氣污染嚴重或紫外光強易使聚乙烯老化的地區(qū)，要增加更換次數。更換薄膜罩時要用專用工具（金屬環(huán)）把壓圈旋下，取下橡皮密封圈與舊罩，然后換上新罩，放上密封圈，再用專用工具把壓圈旋緊。換罩時如發(fā)現密封圈老化或損壞應同時更換，更換時注意不要弄臟或碰壞黑體。如果感應面有臟物，要用橡皮球清除，不要用刷子等硬物去清除。

（3）遇有雨、雪、冰雹等天氣時，應將上下金屬蓋蓋上，加蓋條件同總輻射表，稍大的金屬蓋在上，以防雨水流入下蓋內。降大雨時應另加防雨裝置。降水停止后，要及時開啟。

由于薄膜罩密封性能不好或金屬蓋蓋得不緊，大雨時，常把感應面弄濕，使得儀器短路或出現負值，應及時把儀器烘干或換上備份表。

（4）要注意觀測結果的正負值。正常天氣條件下，凈全輻射夜間為負值，日出后1～2h升為正值至中午為最大，日落前1～2h又轉為負值。如果出現相反情況，可能儀器的正負極接錯。

（5）干燥器固定應牢固、密封，失效要及時更換。

（6）注意保持下墊面的自然和完好狀態(tài)。平時不要亂踩草面，降雪時要盡量保持積雪的自然狀態(tài)。

凈全輻射表的故障和處理方法與總輻射表基本相同。但最常見的故障是薄膜罩漏水使得感應面潮濕，造成記錄出錯。因此，要備足薄膜罩與橡皮墊圈及時更換，保持好密封性。

2 輻射儀器常見故障及排除思路

2.1 某一項輻射數據異常、錯誤或缺測時如何排除故障

解決方法：

（1）檢查傳感器安裝、維護是否正常；

（2）檢查線路是否有接觸不良、短路、斷路，接線是否正確，插頭是否松動，屏蔽線、地線是否起作用；

（3）測量輸出信號，若傳感器故障或性能下降，更換備份傳感器；

（4）測量、排查分采相應信號防雷器是否正常，若故障則修復或更換分采相應信號防雷器；

（5）檢查測量分采相應通道是否故障，如果通道故障，修復或更換備份分采。

2.2 全部輻射數據異常、錯誤或缺測時，如何排除故障？

解決方法：

（1）檢查分采供電是否正常；

（2）檢查分采至主采CAN總線是否有接觸不良、短路、斷路，插頭是否松動，屏蔽線、地線是否起作用；

（3）檢查分采是否故障，如果故障，進行修復或更換備份分采；

（4）測量、排查分采信號防雷器是否正常，若故障則修復或更換信號防雷器。

3 要素值不正常時的處理方法

3.1 時曝輻量缺測的處理

輻射自動觀測儀出現故障時，采用精度高的毫伏表（四位半）進行測量，即將輻射表與毫伏表聯(lián)接，在每個地平時正點讀出毫伏表的電壓值V。

（1）利用正點時輻照度計算；

（2）利用前后兩時次的曝輻量內插計算。

3.2 特殊性情況下的觀測記錄處理

出現降水和沙塵天氣時，按如下情況處理：

（1）為保護儀器，降水強度大，輻射表加蓋時，輻照度按“0”，對應時段的曝輻量記錄為0.00；

（2）出現強沙塵暴或特強沙塵暴時，輻射表加蓋，對應時段的曝輻量記錄為缺測，即“-”；

（3）若因降水影響，總輻射日曝輻量為0.00，反射輻射日曝輻量也為0.00時，日反射比記錄為缺測，即“-”。

3.3 靈敏度出錯誤時記錄的處理方法

實際工作中，出現過輸錯靈敏度K或輻射表信號輸入插頭相互插錯的現象，造成觀測記錄錯誤。只要知道出錯的時間段及正確與錯誤的K值，可以把錯誤記錄改正。設E0、E1分別為正確與錯誤的輻射量；K0、K1分別為正確與錯誤的靈敏度。則可下列用公式

例：某站7月初換總輻射表時，誤將正確靈敏度9.50，輸錯為8.50。月底發(fā)現，時曝輻量H'g的正確值應為:H'g=Hg×8.50/9.50，式中H'g為錯誤的時曝輻量值。

4 結語

在日常業(yè)務工作中，觀測員應按要求使用維護儀器，以減少儀器故障的發(fā)生；儀器發(fā)生故障時，不要慌張，按照排除故障的思路，逐項檢查，就能快速排除故障；此外，觀測員還要熟練掌握測報業(yè)務技術規(guī)定，正確處理故障期間的異常數據，以確保輻射數據的業(yè)務可用性。