DSC3 稱重式降水傳感器日常故障處理和調(diào)試

景東平

（山西省臨汾市氣象局，山西 臨汾 041000）

目前，國內(nèi)氣象部門對于固態(tài)降水的觀測還是以人工測量為主，準(zhǔn)確性、及時(shí)性不高，不能進(jìn)行連續(xù)觀測，不能滿足目前中國氣象觀測自動(dòng)化的需求。DSC3 型稱重式降水傳感器是實(shí)現(xiàn)降水自動(dòng)化觀測的智能儀器，該儀器既可以作為單獨(dú)的傳感器使用，也可以與現(xiàn)用自動(dòng)氣象觀測站相匹配。同時(shí)輸出的RS232 數(shù)字信號(hào)，也可以同其他數(shù)字或總線系統(tǒng)組網(wǎng)使用。

該儀器可自動(dòng)連續(xù)觀測降水天氣過程，減少了人力，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，為氣象部門實(shí)現(xiàn)降水觀測的自動(dòng)化提供了一種先進(jìn)可靠的自動(dòng)化觀測儀器。DSC3 稱重式降水傳感器通過對降水的采集、計(jì)量、傳輸?shù)?，?shí)現(xiàn)了對固態(tài)和液態(tài)降水的自動(dòng)觀測。

1 基本結(jié)構(gòu)和信號(hào)流程

DSC3 型稱重式降水傳感器的計(jì)量單元由一種基于電阻應(yīng)變技術(shù)的電子秤完成，它通過對質(zhì)量變化的快速測量計(jì)算出降水量。數(shù)據(jù)采集器通過OPD 判斷是否有降水發(fā)生，只有判斷出降水發(fā)生時(shí)，才會(huì)對電子秤測量的質(zhì)量信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和傳輸，同時(shí)排除溫度、風(fēng)等干擾因素，確定降水量。

DSC3 型稱重式降水傳感器同時(shí)具備RS232 數(shù)字信號(hào)輸出接口和脈沖輸出接口（1 個(gè)脈沖相當(dāng)于0.1 mm）。

稱重降水信號(hào)接口連接采集/處理主板的RS232接線圖如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理單元的串口信號(hào)及電源線接線方法

DZZ5 機(jī)箱內(nèi)的稱重雨量傳感器的串口線接線圖如圖2 所示。

圖2 DZZ5 自動(dòng)氣象站主采集器的稱重降水串口線接線圖

2 出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣前后的注意事項(xiàng)[1]

當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)降水或連陰雨天氣時(shí)，應(yīng)注意檢查雨量傳感器的承水筒里面的水面，如圖3 所示，以防由于降水量較多，承水筒里面的液體溢滿流出到筒外，造成雨量傳感器儀器損壞和污染設(shè)備。這種情況在實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)生，是造成該儀器損壞的主要原因。

圖3 承水筒水位檢查

在檢查承水筒水位時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)水位超過總?cè)萘康?/3 時(shí)，需進(jìn)行以下操作：斷開數(shù)據(jù)處理單元的電源，拔下采集板外接的小電源板的插頭；打開承筒上面的固定螺絲，取下雨量筒，倒掉里面的水；裝好承水筒，加入5～10 cm 深的防凍液，再加入0.5 cm 左右深的抑制蒸發(fā)油；給數(shù)據(jù)處理單元上電。上電后等5 min左右，采集器才會(huì)自檢完成，之后再進(jìn)行模擬降水測試。

3 常見故障范圍判斷及調(diào)試方法[2-3]

3.1 在雨量傳感器一側(cè)使用筆記本進(jìn)行測試

將筆記本電腦的串口與數(shù)據(jù)處理盒上的調(diào)試串口進(jìn)行連接，如果筆記本電腦沒有串口端口，須使用USB轉(zhuǎn)RS232 串口線，傳感器通電，利用計(jì)算機(jī)的超級(jí)終端或串口調(diào)試助手等軟件。

波特率設(shè)置為9 600，N，8，1。測試前接線注意：測試前最好拍照，記錄連接線順序，以免恢復(fù)時(shí)接錯(cuò)。

發(fā)送命令：

DMPR

返回（示例）： 201610131513 99999 0000 000 0 0000 0 0000-1+000 122 00!!!!!! 59

其中99999 主板ID 號(hào) 0000 質(zhì)量標(biāo)識(shí)000 分鐘降水量0 分鐘質(zhì)量標(biāo)識(shí)000 小時(shí)降水量0 小時(shí)質(zhì)量標(biāo)識(shí) 0000-1 水的重量+000 主板溫度122 電壓

如果可以返回實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，表示數(shù)據(jù)采集器正常。否則，故障在傳感器部分。不發(fā)送命令時(shí)，串口應(yīng)無任何數(shù)據(jù)返回，如每秒都有一組數(shù)字返回時(shí)，發(fā)送“DATAOUT”命令關(guān)閉調(diào)試狀態(tài)。

當(dāng)出現(xiàn)無降水記錄的故障時(shí)，通過測試可以確定故障部位是否在傳感器部分。當(dāng)確定是傳感器部分的故障時(shí)，處理方法見本文第5 節(jié)。

3.2 在DZZ5 主采集器一側(cè)進(jìn)行測試

在HY3000 主采集器一側(cè)的稱重雨量數(shù)據(jù)線處，接入筆記本串口線，再使用DMPR 命令進(jìn)行測試，通過這一步的判斷，可檢測出串口通訊電纜是否正常，有無折斷、鼠咬等現(xiàn)象。

3.3 在新型自動(dòng)站（DZZ5）的測試

在自動(dòng)站業(yè)務(wù)電腦的數(shù)據(jù)采集軟件的終端維護(hù)中進(jìn)行測試（非整點(diǎn)時(shí)進(jìn)行）。

3.3.1 步驟1

輸入命令：OPENCOM COM1

這里的COM1 表示稱重雨量器在主采集器上的接口，是固定的串口。返回T，表示與主采集器的通訊成功；返回F，說明主采集器故障。

3.3.2 步驟2

輸入命令：

DMPR

返回稱重采集器的實(shí)時(shí)信息（同上）。如果失敗，故障范圍即可確定在主采集器的稱重雨量串口，不排除此串口損壞。當(dāng)然前提是主采集器能夠正常進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的正常傳輸。

3.3.3 步驟3

調(diào)試結(jié)束后的恢復(fù)命令，輸入命令：CLOSECOM COM1

返回T，表示與主采集器通訊關(guān)閉成功，1 min 后，主采集器與采集軟件的通訊恢復(fù)正常。調(diào)試結(jié)束后，一定要執(zhí)行此命令，因?yàn)槭褂肙PENCOM COM1 命令后，除主采集器的數(shù)據(jù)除稱重雨量的數(shù)據(jù)外，其他傳感器的數(shù)據(jù)不能正常傳輸。

經(jīng)過上述3 個(gè)步驟，基本可以確定出現(xiàn)無降水情況的大致故障部位。但是以下情況也會(huì)造成降水記錄異常，應(yīng)該引起注意。

3.4 臺(tái)站號(hào)查詢

使用DMPR 命令返回的數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)“99999”為ID（即臺(tái)站號(hào)），為5 位字符。如果ID 不足5 位字符，會(huì)影響HY3000 數(shù)據(jù)采集分析，造成雨量值無法顯示，請發(fā)送如下命令修改ID 號(hào)。

設(shè)置和讀取區(qū)站號(hào)命令：

ID

讀取區(qū)站號(hào)。

ID 區(qū)站號(hào)

區(qū)站號(hào)由5 個(gè)字母和數(shù)字組成。

設(shè)置區(qū)站號(hào)，成功返回“T”，失敗返回“F”。

3.5 更換了HY3000 主采集器后的調(diào)試

如果因故障和其他原因，更換了HY3000 主采集器，需要對稱重式降水傳感器進(jìn)行重新設(shè)置，否則會(huì)出現(xiàn)無降水記錄的現(xiàn)象。

3.5.1 步驟1

主采集器版本查詢命令：

VERSION

返回：HARDVERSION:V1.00 SOFTVSERION:V2.16 FILEVERSION:V1.00

SOFTVSERION:V2.16 為最新版本，如不是最新版本，請與華云公司聯(lián)系，取得新版本軟件更新程序。

3.5.2 步驟2

開通稱重降水傳感器通道，輸入以下2 條命令：RAWMODE 1

返回：T

HY3000 主采集器默認(rèn)設(shè)置RS232-2 為稱重雨量接入通道，更換主采集器后應(yīng)確保接口連接正確。SENST RAW 1

返回：T

查看通道是否開通：RAWMODE

返回1，表示設(shè)置成功。

4 傳感器部分的故障處理

DSC3 型稱重式降水傳感器是由載荷元件（也稱為電子秤）、數(shù)據(jù)采集器、OPD 和外圍組件組成。

OPD 利用紅外線進(jìn)行探測，當(dāng)有顆物質(zhì)粒連續(xù)切割紅外線光束時(shí)，OPD 通過智能識(shí)別與判斷是否有降水發(fā)生，當(dāng)判斷有降水發(fā)生時(shí)，DSC3 型稱重式降水傳感器將測量的降水量值通過脈沖信號(hào)或RS232 數(shù)字信號(hào)輸出。

4.1 數(shù)據(jù)采集器故障判斷

將電腦筆記本232 串口通過數(shù)據(jù)線與設(shè)備的調(diào)試串口相連接，使用串口助手工具軟件，發(fā)送命令：FR 10000

在數(shù)據(jù)采集器的脈沖信號(hào)接線端處連接一個(gè)計(jì)數(shù)器或通過信號(hào)線與自動(dòng)氣象站采集器降水測量端口連接，等待5～20 s 后，設(shè)備會(huì)從脈沖信號(hào)輸出端口的計(jì)數(shù)器上顯示10 個(gè)記數(shù)或顯示在自動(dòng)站終端采集軟件上，并且每輸出一個(gè)計(jì)數(shù)，會(huì)有“啪嗒”聲，即表示脈沖口能正常工作。如果有“啪嗒”聲，計(jì)數(shù)器和采集軟件沒有顯示值，應(yīng)檢查信號(hào)線是否連接正確；如果沒有“啪嗒”聲，說明數(shù)據(jù)采集器單元故障。

4.2 使用模擬降水法判斷OPD 的好壞

筆記本與設(shè)備的調(diào)試串口連接，取下保護(hù)外罩，緩慢向承水筒里面倒水，同時(shí)OPD 圈的中心來回晃動(dòng)以模擬降水，并且使用串口助手發(fā)送命令：

LS

這時(shí)觀察OPD 記錄次數(shù)是否有變化（如圖4 所示），OPD 記錄次數(shù)不斷增加，說明OPD 能夠檢測到降水的發(fā)生，然后停止在OPD 圈的中心晃動(dòng)，同時(shí)連續(xù)發(fā)送LS 命令，此時(shí)OPD 顯示的次數(shù)應(yīng)該停止在最后晃動(dòng)時(shí)的記錄的次數(shù)，OPD 記錄次數(shù)無增加，說明OPD 工作正常，否則OPD 存在著故障。

圖4 LS 命令數(shù)據(jù)格式

倒入水以后，至少需要等5 min 數(shù)據(jù)采集器才會(huì)有數(shù)據(jù)輸出，因此在維修時(shí)，使用筆記本進(jìn)行現(xiàn)場模擬雨量檢測時(shí)，要多等一會(huì)，不要急于下結(jié)論。

5 特殊故障排除實(shí)例

故障現(xiàn)象：2017 年9 月，某縣氣象局出現(xiàn)DZZ5數(shù)據(jù)全部缺測，天氣現(xiàn)象儀和能見到數(shù)據(jù)正常。

維修檢測：從故障現(xiàn)象看，故障部位在HY3000主采集器至串口服務(wù)器之間。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)主采集器供電電源只有9 V左右，不能滿足主采集器工作電壓（12 V）的要求，致使主采集器停止工作，造成數(shù)據(jù)缺測。

進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)，DZZ5 自動(dòng)站的直流穩(wěn)壓電源模塊發(fā)熱嚴(yán)重。當(dāng)測量其輸出電流時(shí)，電流高達(dá)3 A，說明負(fù)載部分有過流現(xiàn)象。分別將12 V 負(fù)載逐個(gè)斷開進(jìn)行測試，當(dāng)斷開稱重雨量器電源接口后，負(fù)載電流恢復(fù)正常，說明稱重雨量器電路部分有故障。

檢查DSC3 稱重降水傳感器，當(dāng)打開DSC 儀器外殼時(shí)，有嚴(yán)重的焦糊氣味。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)采集器已經(jīng)明顯燒焦，而且稱重傳感器的電子秤底座上有很多水漬及油污。原來是測站近期降水較多，由于缺乏維護(hù)，承雨筒里面的雨水已經(jīng)溢出，使得數(shù)據(jù)采集器進(jìn)水，造成直流供電電源短路。更換數(shù)據(jù)處理單元盒后故障被排除。