自動氣象觀測站使用中常見的故障與維修

關(guān)志梅 劉永

摘要：

隨著我國氣象觀測技術(shù)的不斷革新和完善，自動化氣象觀測站已全面建成并投入使用，大大提高了觀測數(shù)據(jù)的真實性、可靠性和科學性，使得社會各項生產(chǎn)工作得以有序進行。然而，由于自動氣象觀測站涉及到許多知識和技術(shù)，在出現(xiàn)通信故障時，無法及時開展維修工作影響業(yè)務質(zhì)量。對此，深入研究自動氣象觀測站的常見故障并提出有效的維修策略具有重要意義。

關(guān)鍵詞：

氣象觀測站；常見故障；維修措施

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

DOI：1019754/jnyyjs20190315067

引言

自動氣象觀測站是現(xiàn)階段較為先進、預報準確率較高的地面氣象遙測系統(tǒng)，具有很強的時效性和科學性，不僅能減輕技術(shù)人員的工作量，提升效率，還能為氣象災害預防提供必要的參考資料。針對自動氣象觀測站結(jié)構(gòu)復雜的特點，要求業(yè)務人員在豐富專業(yè)知識的基礎(chǔ)上及時應對各種突發(fā)故障，確保其安全、穩(wěn)定運行，滿足氣象服務的需求。

1自動氣象觀測站的工作原理

自動氣象站主要由硬件和系統(tǒng)軟件2個部分組成。前者包括傳感器、采集器、通訊結(jié)構(gòu)、電源、計算機等，后者包括采集軟件、地面測報業(yè)務軟件。為了實現(xiàn)氣象觀測站的自動、遠程監(jiān)控，還需配置監(jiān)控軟件，時期與氣象中心站連接形成自動觀測系統(tǒng)。目前國內(nèi)自動氣象站多采用集散式和總線式2種體系，CPU為核心，由采集器集中采集、處理并分散配置信號；以總線為核心，掛接不同功能板塊來采集、處理并分散傳感器信號。隨著氣象要素的不斷改變，監(jiān)控系統(tǒng)中的各感應元件會出現(xiàn)不同的電流變化，這種變化被CPU實時采集，通過線性和定量處理，將工程量轉(zhuǎn)變?yōu)橐亓?，再?jīng)過篩選得到氣象要素值并儲存于采集器中。配有計算機的氣象站，采集的氣象要素值可直接顯示在計算機屏幕上，并以規(guī)范格式置于硬盤。

作為一種運用范圍較廣的新型地面氣象觀測系統(tǒng)，具備自動收集、檢測、信息存儲、處理和傳輸?shù)哪芰?，不僅能運用于氣象部門進行氣候觀測，還能用于環(huán)境勘察、軍事、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等需要氣象因素加以支持的領(lǐng)域，能為公共氣象服務提供重要的數(shù)據(jù)資料。自動站安裝了氣象要素傳感器，當外界環(huán)境和氣象條件發(fā)生改變時，傳感器就會發(fā)生相應變化，由采集器進行信息采集并處理，并上傳至指揮中心，從而得到不同氣象要素的實時觀測數(shù)值，這些數(shù)值將通過通訊接口被統(tǒng)一傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器加工后生成氣象預報所需要的數(shù)據(jù)資料，實時形成報表?？傮w而言，自動氣象站的出現(xiàn)極大地提高了氣象預報業(yè)務的準確性和科學性，使得工作效率不斷提升。但與此同時，自動氣象站所具有的各項功能要以多個復雜的系統(tǒng)組合制成，一旦在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都有可能導致整個氣象站崩潰，造成數(shù)據(jù)誤差偏大或脫離實際，嚴重時可導致資料丟失。因此，認識自動氣象觀測站的常見故障非常重要，就現(xiàn)有的維修和養(yǎng)護經(jīng)驗來看尚存在很大問題。

2自動氣象觀測站的常見故障與維修

21氣壓傳感器故障

當前在自動氣象觀測站中安裝的氣壓傳感器主要是膜盒式電容氣壓傳感器，會隨著外界空氣中的氣壓變化而變化。真空膜裝置中設有彈性膜片，膜片會自動根據(jù)外界氣壓的實際大小而發(fā)生比例性變形，從而使傳感器的電容量值發(fā)生改變。通過測量傳感器則能準確計算出氣壓值。要在傳感器出現(xiàn)故障前及時檢測出來，可運用分析歸納法。即首先隨機選擇一段分析時間，然后通過對比檢測自動站在隨機選擇的分析時間內(nèi)測得的氣壓測量數(shù)據(jù)和人工觀測數(shù)據(jù)，兩相對比，如果發(fā)現(xiàn)差異過大，則可初步判斷為氣壓傳感器出現(xiàn)故障。

在開展氣壓傳感器的維護工作中，要先關(guān)閉自動站的電源，切忌帶電操作，否則會造成觸電危險；摘除傳感器上的固定螺絲，同時拔去連接插頭；再觀察儀表數(shù)值，判定故障并進行處理。如果采取維修無法消除故障，則要考慮直接更換備用原件。在自動氣象觀測站運行時，如果出現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺失的狀況，可首先檢查氣壓采集器是否出現(xiàn)故障，如無氣壓值顯示，則可判定為電源故障，如電源連接正常，而采集器不顯示數(shù)據(jù)，則可直接判定為氣壓傳感器故障。

22電源故障

出現(xiàn)電源故障的主要原因是電源控制器故障或電池故障。前者一般表現(xiàn)為采集器無數(shù)據(jù)顯示和上傳，特別是夜間和長時間陰雨天氣。由于控制器出現(xiàn)問題，導致蓄電池無法正常充電，當電池的電能耗完時電壓會逐漸降低，小于5V時采集器便會自動關(guān)閉。另一情況是采集器所獲得的多個氣象要素值出現(xiàn)異?；驘o法啟動，這便是傳感器供電異常狀況。

電源故障的判斷方式可采用通信終端檢測上傳數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)返回格式為風向、風速、氣溫、分鐘雨量、氣壓、濕度、電壓等。發(fā)現(xiàn)電壓值過低時，說明供電不足；發(fā)現(xiàn)采集器無法啟動，則為電源控制器損壞?？墒褂萌f用表測量保險管是否燒壞，如果正常，則斷開電源控制器，使用萬用表測量空載電壓，并連接控制器與電池板。萬用表無電流或電壓變化，則說明電池板有故障。不同電池的電流和電壓大小有所不同，維修人員需要特別注意使用太陽能電池的自動氣象站在遇到日照條件不足時，極易出現(xiàn)蓄電池充電故障。對此，判斷為電源故障后，應及時更換電源部件；對于太陽能電池，引發(fā)供電故障的因素有很多，主要是光照不足無法為蓄電池充電，因此夏秋兩季可不更換電池，春冬兩季則要更換電量充足的蓄電池。

23采集器故障診斷維修

采集器故障是自動氣象觀測站常見的故障之一，通常表現(xiàn)為內(nèi)部程序鎖死，無法及時采集數(shù)據(jù)或要素缺測，數(shù)據(jù)無法正常上傳至計算機。此類故障的判定，要先確定蓄電池的電流、電壓供應是否正常，一般需達到12V。查看方式為斷開電源控制器，觀察蓄電池能否供電，并重啟采集器，通過通信終端檢查采集器的數(shù)據(jù)能否恢復正常，如無較大變化則可判斷為內(nèi)部程序鎖死。故障排除可直接重新連接電源控制器，恢復電池供電。

如果控制器重啟后氣象要素仍無法全部測出，則將相應傳感器放于通道上采集。采集器能正常運行，則可判定為通信故障，需要盡快更換采集器并連接好電源控制器，恢復正常供電。

采集單元出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)為收集的數(shù)據(jù)無法上傳到計算機或丟失，監(jiān)控軟件無法進入，引發(fā)故障的原因有雷擊、電磁干擾等，造成控制面板和采集單元的損壞。維修人員要檢查好通信軟件是否出現(xiàn)參數(shù)錯誤，在人工卸載數(shù)據(jù)后將采集器復位，如發(fā)現(xiàn)指示燈閃爍間隔時間與往常不同，則觀察交流輸入燈是否正常，正常則說明采集單元出現(xiàn)故障，應對方法是更換采集單元。

24溫濕度傳感器故障

觀測系統(tǒng)中設置溫濕度傳感器是基于鉑電阻傳感器，其中濕度的檢測是由電容性高分子薄膜傳感器進行實時感應，而溫度則是由探頭頂端機械能感應，故障判斷是通過燒結(jié)的過濾器，如圖1所示：

測量1、2兩個部位對應的電阻，并設定為R2，R1與R2的差值為R，其與氣溫對應關(guān)系為：溫度等于0℃，則電阻值為100，每當溫度改變1℃，則電阻值變化0385。根據(jù)公式計算出當時的外界溫度與標準溫度的差異，初步判斷出溫度傳感器的具體情況。如果兩者數(shù)值相差較大，則要考慮溫度傳感器出現(xiàn)故障，采取更換傳感器的方式。濕度傳感器的判定方式是測量輸出線號與GND線的電壓值，當電壓值大于1V，則應更換濕度傳感器。

25通信故障

多出現(xiàn)與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，主要是因為GPRS系統(tǒng)損壞或觀測點信號不穩(wěn)定導致無法正常使用。出現(xiàn)故障時，查看GPRS系統(tǒng)天線安裝是否有問題，觀察信號強度判定傳輸是否穩(wěn)定，并使用替代法檢測數(shù)據(jù)卡是否出現(xiàn)故障。天線故障的處理方式為更換天線，如果是因為信號不穩(wěn)導致數(shù)據(jù)傳輸困難，則要聯(lián)系當?shù)剡\營商調(diào)整GPRS信號，優(yōu)化系統(tǒng)，盡早恢復通行功能。

3結(jié)論

自動氣象站能給氣候預報、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等工作帶來極大的便利，同時也應時刻注意各類工作元件容易出現(xiàn)的故障和問題，會導致氣象站無法完成數(shù)據(jù)采集、計算等工作。針對故障原因的多樣性和不確定性，在判斷和排除上存在一定的困難，因此需要技術(shù)人員熟練掌握整個系統(tǒng)的工作原理，并逐步分析故障部位和原因，找出最適的解決方案。在維修過程中，要做好總結(jié)和記錄，從而提高觀測站系統(tǒng)的故障檢測率、維修率，為自動氣象站的穩(wěn)定運行提供安全保障。[JP]

參考文獻

[1]

姜冬梅，薛亮美.區(qū)域氣象觀測站常見故障分析及解決辦法[J].山東氣象，2016（01）：69-71.

[2] 杜衍君，王錫芳，郭瑞寶.區(qū)域自動氣象觀測站常見故障分析及排除[J].氣象水文海洋儀器，2008（02）：42-44.

[3] 李倩，陳明，蓋曉波，陳洪利.自動氣象觀測站故障診斷與處理[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（17）：201.

作者簡介：

關(guān)志梅（1978-），女，云南省姚安縣人，本科，工程師，研究方向：氣象設備保障。