地面氣象觀測(cè)儀器的常見故障及日常維護(hù)

別致宜 劉凌峰 白鑫 王馳

1、烏海市氣象局 2、博克圖國(guó)家基準(zhǔn)氣候站 3、內(nèi)蒙古大氣探測(cè)技術(shù)保障中心

新型自動(dòng)站的測(cè)量系統(tǒng)通過現(xiàn)代總線技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行構(gòu)造，結(jié)構(gòu)上由主采集器、分采集器、外部總線、傳感器以及外圍設(shè)備組成。因此，常見故障基本圍繞5 個(gè)組成部分發(fā)生。隨著綜合觀測(cè)自動(dòng)化改革的正式運(yùn)行，為確保觀測(cè)質(zhì)量，并為天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害防御提供準(zhǔn)確、及時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，觀測(cè)儀器的運(yùn)行性能便至關(guān)重要。確保儀器穩(wěn)定、高效的運(yùn)行就要對(duì)上述幾個(gè)方面展開?；诖?，本文重點(diǎn)針對(duì)地面氣象觀測(cè)儀器的常見故障及維護(hù)維修進(jìn)行診斷分析，并對(duì)觀測(cè)儀器日常維護(hù)提出建議，以確保地面觀測(cè)儀器全天候運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)完整性和可用率，進(jìn)一步提升觀測(cè)的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

1 自動(dòng)氣象站常見的故障排查

1.1 供電系統(tǒng)故障排查處理

從供電系統(tǒng)梳理來說，電源箱可能存在的問題、故障大致如下：刀片開關(guān)處的保險(xiǎn)絲損壞、為主采或者串口供電的線路故障或接觸不良、蓄電池沒電或損壞以及市電的供電線路問題。要想解決排查，均可通過萬用表逐個(gè)測(cè)量相應(yīng)位置的供電電壓，此處需要注意萬用表對(duì)應(yīng)量程的選取，以此便可確定對(duì)應(yīng)位置是否存在問題，并對(duì)故障點(diǎn)耗材進(jìn)行更換即可。

1.2 通訊串口故障處理

綜合集成硬件控制器即通訊串口的故障排查和應(yīng)對(duì)措施大致分為兩個(gè)方面。一方面是軟故障，檢查ISOS 軟件掛接參數(shù)中各采集器相對(duì)應(yīng)的通訊參數(shù)設(shè)置，是否依照要求進(jìn)行選擇；SMOPORT 上的IP 地址是否和電腦處在同一網(wǎng)段以及通信COM口、波特率等是否符合要求。另一方面則是硬件，檢查串口服務(wù)器頂端位置的網(wǎng)線或網(wǎng)線連接線是否接好；光纖轉(zhuǎn)換模塊和室內(nèi)光纖轉(zhuǎn)換模塊指示燈和供電是否正常；檢查室內(nèi)網(wǎng)線和電腦網(wǎng)卡是否損壞；COM口接線端子是否損壞；整體供電是否正常，可用萬用表通斷檔測(cè)量電纜中的每根線有無蜂鳴；最后還可以長(zhǎng)按DEFAULT 鍵5 秒，使通訊串口恢復(fù)出廠設(shè)置。

1.3 主采集器存在的問題和解決方法

采集單元故障：氣象臺(tái)站采集器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)某些氣象要素?cái)?shù)據(jù)亂碼或者丟失，觀測(cè)數(shù)據(jù)下載到業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)時(shí)發(fā)生異常，整點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)沒有了，監(jiān)控軟件異常等[2]，便可以從如下方面進(jìn)行，故障排查：查看位于機(jī)箱上部的運(yùn)行指示燈，RUN 燈秒閃表示正常；通過萬用表測(cè)量供電端口，檢查供電是否正常；由電腦終端發(fā)送任意指令，從主采有無數(shù)據(jù)返回，便可判斷出采集器是否故障；如果是判斷雷擊等原因造成的防雷板故障，可以憑借萬用表的電阻檔來檢查每個(gè)通道的連接狀態(tài)，同時(shí)觀察其余通道的連接狀態(tài)，假如通道上下連接不通，或連接錯(cuò)誤，基本可以斷定為雷擊等造成的防雷板損壞，則只能更換主采集器。

1.4 各分采集器的常見故障和處理辦法

當(dāng)溫度傳感器存在問題時(shí)，從ISOS 軟件方面考慮，軟件參數(shù)設(shè)置是否掛接傳感器，主采程序版本是否切換為三溫雨架構(gòu)、鍵入指令應(yīng)是“CHGVER 1”、傳感器是否開啟或者傳感器測(cè)量范圍是否正常。硬件上，需要考慮線序是否正確。將萬用表調(diào)至電阻檔對(duì)應(yīng)的檔位，固定一根線，依次量取其余三根線，電阻值大的為1、3 號(hào)線，另外的小阻值線為2、4 號(hào)線，而后代入公式T=（大阻值-小阻值-100）/0.385 得出測(cè)量溫度值，以確定傳感器是否正常。

當(dāng)濕度傳感器出現(xiàn)問題時(shí)，首先確認(rèn)軟件參數(shù)設(shè)置傳感器是否掛接，確認(rèn)傳感器是否開啟，測(cè)量范圍是否正確。然后確定航空插頭有無松動(dòng)，傳感器頭部網(wǎng)罩內(nèi)的濕敏電容是否脫落。

若風(fēng)向傳感器出現(xiàn)問題，軟件方面同樣是依次確認(rèn)ISOS 是否掛接，傳感器開啟與否，測(cè)量閾值是否正確，以及軟件中設(shè)置的風(fēng)向傳感器是否為格雷碼風(fēng)傳感器。硬件上，通過萬用表查看輸出的7 位格雷碼信號(hào)是否與示值一致，確保線序接線正常。

在風(fēng)速傳感器方面，若示值明顯偏大，可先鍵入指令“SENCO WS”檢查傳感器配置參數(shù)，如傳感器故障，可選擇便攜式示波器查看輸出的脈沖信號(hào)正常與否。

若是氣壓傳感器的話，可在ISOS 軟件上掛接氣壓傳感器，檢查傳感器開啟狀態(tài)，確認(rèn)測(cè)量閾值。當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)，切斷電源，檢查主采集器上對(duì)應(yīng)氣壓傳感器的端子，接線是否為“粉、綠、灰、藍(lán)”，確認(rèn)靜壓管是否堵塞。若更換新的氣壓傳感器，則需要用串口調(diào)試助手對(duì)其波特率等內(nèi)容重新設(shè)置。

如果是翻斗雨量傳感器的話，當(dāng)發(fā)現(xiàn)降水?dāng)?shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)打開雨量筒，從上至下，由承水口到上翻斗、匯集漏斗到計(jì)量翻斗挨個(gè)檢查是否被灰塵、蜘蛛網(wǎng)等物堵塞。之后可用萬用表蜂鳴檔測(cè)量正負(fù)接線柱處，測(cè)試翻斗轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)干簧管是否正常。確定傳感器接線端子是否短路，用標(biāo)準(zhǔn)量杯核對(duì)翻斗計(jì)數(shù)是否正確，逐個(gè)排查故障。

關(guān)于視頻智能觀測(cè)儀，首先明確三個(gè)攝像頭與主控處在同一網(wǎng)段（最好是臺(tái)站自身的網(wǎng)段），確定HY-WP1A 通信轉(zhuǎn)換單元接線正確、供電正常，或者查看機(jī)箱內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)開關(guān)是否打開。

2 自動(dòng)氣象站的日常維護(hù)

2.1 主采集器的日常維護(hù)

定期檢查主采集器運(yùn)行情況，對(duì)主采機(jī)箱進(jìn)行除塵、清潔，查看主采機(jī)箱底部進(jìn)線孔密封情況，對(duì)線路接口、采集器與各傳感器端子接線情況進(jìn)行定期的檢查，確保傳輸鏈路平穩(wěn)、有效。每年雷電多發(fā)季節(jié)來臨前，第一時(shí)間對(duì)觀測(cè)儀器的防雷裝置進(jìn)行檢查，確保防雷裝置的布局、接地阻值達(dá)到雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，防止造成采集器不可修復(fù)的損壞。

2.2 溫、濕度傳感器日常維護(hù)

對(duì)于溫度傳感器，盡可能保持傳感器處于清潔干燥的狀態(tài)；定期對(duì)溫度多傳感器標(biāo)準(zhǔn)控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。而濕度傳感器，需定期維護(hù)防護(hù)罩，查看濾膜狀態(tài)是否需要更換；防止感應(yīng)部位著水、觸灰等情況發(fā)生。

2.3 風(fēng)向、風(fēng)速傳感器的日常維護(hù)

定期查看風(fēng)標(biāo)、風(fēng)杯的轉(zhuǎn)動(dòng)狀況是否靈活、穩(wěn)定；線纜接頭處防水狀況是否良好，必要時(shí)及時(shí)更換防水膠布；遇冰雹、凍雨等惡劣天氣時(shí)，及時(shí)檢查傳感器工作情況，防止其轉(zhuǎn)動(dòng)受阻甚至凍結(jié)。

2.4 氣壓傳感器的日常維護(hù)

氣壓傳感器是通過靜壓管與大氣相連接，進(jìn)而測(cè)得不同海拔高度下的大氣環(huán)境氣壓。因此，在日常維護(hù)時(shí)，要保持氣壓傳感器靜壓管的暢通，確保氣壓傳感器距地高度為120cm±3cm。同時(shí)，還要確保靜壓管內(nèi)干燥劑正常、有效。

2.5 翻斗雨量傳感器的日常維護(hù)

在有下雨、沙塵天氣過后等特殊情況時(shí)，對(duì)雨量傳感器進(jìn)行檢查，確定是否有堵塞的情況并及時(shí)進(jìn)行清潔。清潔時(shí)，注意先斷開接線，用軟毛刷和清水對(duì)承水口、上翻斗等存在堵塞的部位進(jìn)行沖刷，后檢查翻斗的翻轉(zhuǎn)狀況。注意不能用手去觸碰翻斗內(nèi)側(cè)，應(yīng)使用工具去測(cè)試翻斗翻轉(zhuǎn)情況。

2.6 能見度傳感器的日常維護(hù)

擦拭傳感器鏡頭需使用不起毛的柔軟棉布，而清潔時(shí)間，可根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)周圍的環(huán)境情況，適當(dāng)進(jìn)行延長(zhǎng)或者縮短；當(dāng)出現(xiàn)有大風(fēng)、沙塵等對(duì)能見度有影響的天氣后，應(yīng)及時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行清潔。防止灰塵、樹枝、樹葉等雜物影響數(shù)據(jù)的可用程度。

至于現(xiàn)場(chǎng)核查，具體規(guī)定如下，儀器初次使用一個(gè)半月、后續(xù)使用中每6 個(gè)月以及儀器每次維修后均需進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)核查。具體核查時(shí)，應(yīng)選在天氣晴朗、能見度大于10 公里、風(fēng)小的條件下開展。待設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行10 分鐘后，在儀器接收端安裝遮光板，讀取輸出的信號(hào)值，信號(hào)值應(yīng)是量程上限值。然后撤掉遮光板，安裝散射板，再次讀取輸出的信號(hào)值；之后在設(shè)備發(fā)射端加裝中性衰減濾光片A，讀取信號(hào)值；最后將濾光片A 替換為B，進(jìn)行讀值，以確定是否需要更換設(shè)備。

2.7 超聲波蒸發(fā)傳感器的日常維護(hù)

在我們對(duì)蒸發(fā)傳感器進(jìn)行維護(hù)前，應(yīng)告知采集器停止蒸發(fā)要素的觀測(cè)，操作結(jié)束后，重新開啟觀測(cè)，具體可在軟件鍵入命令：“DEVMODE LE 2”表示維護(hù)蒸發(fā)傳感器；“DEVMODE LE 0”則表示恢復(fù)正常工作。

而蒸發(fā)傳感器的要求用水需是盡可能代表當(dāng)?shù)刈匀凰w的水源，并定期清潔更換蒸發(fā)桶里的用水、通風(fēng)防輻射罩和不銹鋼測(cè)量筒。清潔后蒸發(fā)傳感器的安裝高度和水平狀態(tài)需符合要求，防止磕碰或是用手觸摸探頭，確保其測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)程度。在降水過程中，也要及時(shí)關(guān)注蒸發(fā)的水位情況，過高時(shí)，及時(shí)取水，避免影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.8 視頻智能觀測(cè)儀的日常維護(hù)

定期查看攝像頭鏡頭的污染、遮擋情況，并在日出前或日落后及時(shí)進(jìn)行清潔。定期檢查攝像頭的水平、方位和傾角情況，確保目標(biāo)物始終處在屏幕中的標(biāo)準(zhǔn)位置。對(duì)于設(shè)備易損件的更換，應(yīng)考慮自然條件惡劣與否，如存在腐蝕、損壞等情況要及時(shí)更換、處理。對(duì)設(shè)備儀器進(jìn)行的維護(hù)、檢查等都應(yīng)進(jìn)行備注欄的記錄。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著新型自動(dòng)氣象站的建設(shè)和發(fā)展，觀測(cè)數(shù)據(jù)越發(fā)采集準(zhǔn)確、傳輸穩(wěn)定，提升了氣象觀測(cè)要素的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和代表性。進(jìn)一步減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人工觀測(cè)誤差。但由于觀測(cè)儀器保持不間斷的連續(xù)工作，且儀器極其精密，從而使得設(shè)備易發(fā)生故障。因此對(duì)于工作者儀器維護(hù)維修的理論知識(shí)和實(shí)際操作也提出了更高的要求。需要熟練掌握儀器運(yùn)行原理、維護(hù)維修的基本知識(shí)，以便于迅速對(duì)故障部位進(jìn)行診斷分析，進(jìn)而及時(shí)完成儀器的維修工作，并定期做好自動(dòng)氣象站的日常維護(hù)工作，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和可靠性。

綜上所述，地面氣象觀測(cè)儀器在氣象新時(shí)代的背景下發(fā)揮著十分重要的作用。觀測(cè)儀器的運(yùn)行穩(wěn)定程度影響著觀測(cè)自動(dòng)化的進(jìn)程，儀器故障將導(dǎo)致預(yù)報(bào)制作和氣象服務(wù)工作受到不同程度的影響。所以地面觀測(cè)儀器的實(shí)際操作、故障診斷、維修和日常維護(hù)在工作中越來越重要，熟練掌握這些才能確保儀器運(yùn)行穩(wěn)定，氣象工作有序開展。