DNQ1型前向散射式能見(jiàn)度儀故障排查與處理

張曉磊

（興安盟氣象局 內(nèi)蒙古，烏蘭浩特 137400）

DNQ1 型前向散射式能見(jiàn)度儀（以下簡(jiǎn)稱“能見(jiàn)度儀”）在DZZ5自動(dòng)站廣泛使用，本文針對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)的能見(jiàn)度儀安裝情況及故障情況，總結(jié)形成完整的排查方法，為臺(tái)站保障人員在設(shè)備保障中提供參考，提升維護(hù)維修效率，進(jìn)一步提高的技術(shù)保障能力。

1 能見(jiàn)度儀探測(cè)原理

DNQ1型前向散射式能見(jiàn)度儀是一種光學(xué)傳感器，使用前向散射測(cè)量原理測(cè)量能見(jiàn)度。能見(jiàn)度儀的核心部件包括發(fā)射器、接收器、控制板和內(nèi)部連接電纜等。發(fā)射器由紅外發(fā)光管產(chǎn)生紅外光，通過(guò)鏡頭在大氣中形成接近平行的光柱。接收器將采樣區(qū)內(nèi)大氣特定方向的前向散射光匯集到光電傳感器接收面上，并將其轉(zhuǎn)換為與大氣能見(jiàn)度成反比關(guān)系的電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)處理后送至控制器的數(shù)據(jù)采集板，經(jīng)CPU 取樣和計(jì)算得到采樣區(qū)內(nèi)大氣特定方向的前向散射光的強(qiáng)度值，由此計(jì)算得到大氣能見(jiàn)度值，見(jiàn)圖1。

圖1 能見(jiàn)度儀光學(xué)原理圖

2 能見(jiàn)度儀結(jié)構(gòu)

能見(jiàn)度儀由能見(jiàn)度傳感器、供電系統(tǒng)、HY1105 數(shù)據(jù)采集器（選配）、傳感器線纜、通訊線纜、安裝結(jié)構(gòu)件及附件等組成。

目前臺(tái)站能見(jiàn)度儀接線方式有兩種（圖2），一種為供電系統(tǒng)安裝于主采集機(jī)箱，能見(jiàn)度傳感器的線纜連接到主采集器機(jī)箱，共用主采集器箱內(nèi)的蓄電池，信號(hào)輸出連接到主采集器的接口；另一種為能見(jiàn)度傳感器立桿配有機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)部安裝HY1105數(shù)據(jù)采集器、供電系統(tǒng)、接線排等部件，能見(jiàn)度傳感器的線纜連接到此機(jī)箱的接線排，接線排的另一端連接通信線纜將信號(hào)輸出到主采集器的接口；兩種形式都是通信電纜接入DZZ5自動(dòng)站主采集器的RS232-4接口。

圖2 能見(jiàn)度儀兩種方式連線圖

3 故障現(xiàn)象與排查

能見(jiàn)度的常見(jiàn)故障現(xiàn)象主要有兩種情況，一種是能見(jiàn)度數(shù)值缺測(cè)；另一種是能見(jiàn)度數(shù)值異常。

3.1 能見(jiàn)度數(shù)值缺測(cè)

故障判斷流程：先檢測(cè)供電系統(tǒng)是否正常，若正常，則判斷能見(jiàn)度傳感器是否正常；若能見(jiàn)度傳感器運(yùn)行狀態(tài)和觀測(cè)數(shù)據(jù)正常，則檢測(cè)到主采集器間的通訊線纜是否正常；若通訊線纜正常則檢測(cè)主采集器的參數(shù)配置和采集數(shù)據(jù)是否正常。

3.1.1 檢測(cè)能見(jiàn)度的供電系統(tǒng)是否正常工作 供電系統(tǒng)由空氣開(kāi)關(guān)、交流防雷模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、HY2104升壓模塊、交流變壓器、直流開(kāi)關(guān)、12 V蓄電池、保險(xiǎn)管等部件組成。AC220 V市電輸入電源箱后被分成兩路：一路經(jīng)電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)變?yōu)镈C13.8V電源，給蓄電池充電、采集器和升壓模塊供電。HY2104 升壓模塊又將DC13.8 V升壓至DC24V給能見(jiàn)度傳感器供電。另一路經(jīng)交流變壓器（24 V100 W）變壓為AC24 V 電源，為能見(jiàn)度傳感器提供加熱用電。當(dāng)AC220 V 市電輸入中斷時(shí)，則由蓄電池作為電源供電（圖3）。

圖3 能見(jiàn)度儀供電單元接線圖

供電系統(tǒng)依據(jù)供電線路的結(jié)構(gòu)，對(duì)輸入電壓、輸出電壓值等各個(gè)節(jié)點(diǎn)依次測(cè)量，進(jìn)而分段判定故障并解決。常見(jiàn)的故障有線路故障，主要為斷路、短路、虛接；硬件故障，若空氣開(kāi)關(guān)、電源轉(zhuǎn)換模塊。

（1）首先用萬(wàn)用表對(duì)交流供電檢查，用萬(wàn)用表交流檔測(cè)量空氣開(kāi)關(guān)輸入端，測(cè)量電壓應(yīng)在AC220V±20%范圍內(nèi)，否則檢查市電輸入線路、UPS，排除故障?？諝忾_(kāi)關(guān)合閘后，空氣開(kāi)關(guān)兩端、電源轉(zhuǎn)換模塊輸入端電壓值應(yīng)相同，否則空氣開(kāi)關(guān)故障或空氣開(kāi)關(guān)輸出端到電源轉(zhuǎn)換模塊輸入端電纜故障。

（2）若正常后測(cè)量直流電壓，可以用萬(wàn)用表的黑表筆接電源轉(zhuǎn)換模塊的“-”點(diǎn)上不動(dòng)，紅表筆依次測(cè)量電源轉(zhuǎn)換模塊的“+”、刀片開(kāi)關(guān)的兩側(cè)、保險(xiǎn)管的兩側(cè)、HY2104的輸入端是否為11-14 V之間，若哪個(gè)節(jié)點(diǎn)不正常則上個(gè)節(jié)點(diǎn)到此節(jié)點(diǎn)的這一段有故障進(jìn)行維修線路或設(shè)備，保險(xiǎn)管燒壞主要原因?yàn)榫€路短路，需斷開(kāi)刀片開(kāi)關(guān)，檢修線路和更換保險(xiǎn)管后再合上刀片開(kāi)關(guān)；若正常再依次測(cè)量HY2104電源轉(zhuǎn)換器的24VDC輸出是否24V左右，若不正常則HY2104 故障，需更換；接線排的供電線路間是否24V，若否則檢查線路。

3.1.2 判斷能見(jiàn)度傳感器是否正常工作 首先對(duì)傳感器的外觀檢查有無(wú)破損、硬傷情況。通過(guò)軟件命令響應(yīng)信息判斷傳感器狀態(tài)，將能見(jiàn)度傳感器RS232 信號(hào)線（綠-TX、黃-RX、灰-GND）與計(jì)算機(jī)串口連接好后，正確設(shè)置通信參數(shù)（出廠設(shè)置為9600 E 7 1，若已更改則按實(shí)際設(shè)置），運(yùn)行串口調(diào)試軟件或超級(jí)終端軟件。傳感器上電后，軟件回顯窗顯示“VAISALA PWD50 V 2.05 2012-03-27 SN:M0220406”（示例）。若返回錯(cuò)誤或不可識(shí)別字符，說(shuō)明通信參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，嘗試更改其他通信參數(shù)連接（圖4）。

圖4 計(jì)算機(jī)與能見(jiàn)度傳感器的連接示意圖

輸入OPEN↙命令（↙為回車符，下同）開(kāi)啟調(diào)試模式，返回信息“PWD OPENED FOR OPERATOR COMMANDS”。再輸入STA↙，內(nèi)置系統(tǒng)測(cè)試命令，測(cè)試結(jié)果作為狀態(tài)信息，常用來(lái)判斷傳感器故障原因。狀態(tài)信息中HARDWARE 項(xiàng)返回為“OK”時(shí)，表示傳感器正常(圖5），若信息末尾顯示一列或多條警告、報(bào)警信息，需按提示信息進(jìn)行更換或維護(hù)傳感器。

圖5 能見(jiàn)度傳感器的狀態(tài)信息

3.1.3 若確認(rèn)能見(jiàn)度傳感器正常，接著檢測(cè)能見(jiàn)度通信線纜 斷開(kāi)通訊線纜兩端連接，用萬(wàn)用表“蜂鳴檔”測(cè)量?jī)蓛尚揪€間電阻應(yīng)為無(wú)窮大，否則電纜存在短路故障；在線纜一端兩兩短接芯線，在另一端測(cè)量對(duì)應(yīng)一組芯線應(yīng)有“蜂鳴”聲，否則電纜有斷路故障。也可以用備用通信線纜更換，若更換后采集器能采集到當(dāng)前的能見(jiàn)度值，進(jìn)一步確認(rèn)通信線纜損壞。

3.1.4 檢查業(yè)務(wù)軟件的參數(shù)設(shè)置、主采集器的能見(jiàn)度采集通道是否正常工作 （1）參數(shù)檢查。確認(rèn)ISOS軟件的參數(shù)設(shè)置中是否掛接能見(jiàn)度傳感器，確認(rèn)主采集器中是否啟用了能見(jiàn)度。ISOS 的串口助手界面輸入SENST_VI，若返回值為1，表示開(kāi)啟；返回0 表示關(guān)閉則再次輸入SENST_VI_1。RS232-4 的工作模式設(shè)置是否正常，輸入VISITYPE，若返回值為0則設(shè)置正確，若不為0則更改輸入命令VISITYPE_0。（2）參數(shù)配置正常，則檢查主采集器的RS232-4 通道是否正常，此通道空閑狀態(tài)情況下電氣特性為Tx為-5.4V，測(cè)量Tx的電壓是否為-5.4V左右，若否需更換采集器；也可以替換采集器來(lái)判斷采集器是否故障。

3.2 能見(jiàn)度數(shù)值異常

能見(jiàn)度數(shù)值異常，觀測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況相比偏高或偏低，或觀測(cè)數(shù)據(jù)為固定值。引起此故障的原因可能有：干擾源排查：光學(xué)取樣區(qū)有無(wú)障礙物，接收光路中有無(wú)干擾光源；附近有無(wú)污染源。

鏡頭過(guò)度污染，缺少維護(hù)，如鏡頭被灰塵、污泥覆蓋。用異丙醇潤(rùn)濕無(wú)絨軟布后擦拭鏡頭，注意不要刮傷鏡頭表面。

對(duì)傳感器的朝向、護(hù)罩檢查：檢查接收器朝向，如變化須調(diào)整復(fù)位；當(dāng)外力或機(jī)械性損傷改變或削弱了光學(xué)測(cè)量路徑（即接收器或變送器護(hù)罩或者支撐接收器或變送器的橫臂產(chǎn)生形變）時(shí)，則必須更換傳感器。傳感器排查：外觀檢查無(wú)破損、硬傷情況。通過(guò)軟件命令響應(yīng)信息判斷傳感器狀態(tài)，若故障則更換傳感器。

4 結(jié)論

從能見(jiàn)度傳感器的運(yùn)行主要故障情況，對(duì)傳感器的安裝連接進(jìn)行說(shuō)明，從能見(jiàn)度數(shù)值缺測(cè)和能見(jiàn)度數(shù)值超差兩個(gè)方面入手，系統(tǒng)地對(duì)能見(jiàn)度傳感器故障進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)能見(jiàn)度供電系統(tǒng)、能見(jiàn)度傳感器、通信線纜和采集器，逐步排查能見(jiàn)度傳感器故障點(diǎn)，形成一套系統(tǒng)的排查方法，為技術(shù)人員在維修能見(jiàn)度傳感器中提供參考，提高故障排除的準(zhǔn)確性，加快維修效率，進(jìn)一步提高自動(dòng)氣象站設(shè)備的技術(shù)保障能力。