丁媛媛，高艷倫，曹善棟，吳玉芳

（1. 菏澤市氣象局，山東 菏澤 274000；2. 定陶氣象局，山東 定陶 274100；3. 平陰縣氣象局，山東 平陰 250400）

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CAWS600-B自動(dòng)氣象站傳感器故障判斷和解決辦法

丁媛媛1，高艷倫2，曹善棟3，吳玉芳2

（1. 菏澤市氣象局，山東 菏澤 274000；2. 定陶氣象局，山東 定陶 274100；3. 平陰縣氣象局，山東 平陰 250400）

摘要：通過(guò)對(duì)菏澤市大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站出現(xiàn)過(guò)的傳感器故障進(jìn)行梳理、歸納，找出其共性和不同點(diǎn)，根據(jù)自動(dòng)氣象站原理和自動(dòng)氣象站維修手冊(cè)結(jié)合筆者在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，找出傳感器故障和解決辦法之間的相關(guān)性，得出解決故障的最簡(jiǎn)單辦法。使測(cè)報(bào)人員在發(fā)現(xiàn)傳感器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能判斷出故障原因，快速自主處理簡(jiǎn)單故障，或在上級(jí)維修人員指導(dǎo)下順利排除復(fù)雜故障，提高傳感器故障修復(fù)時(shí)效。

關(guān)鍵詞：傳感器；故障；維修

引言

CAWS600-B型自動(dòng)氣象站由北京華創(chuàng)升達(dá)高科技公司研制和開(kāi)發(fā)，菏澤市于2004年左右安裝了8套，它的投入運(yùn)行，使氣象現(xiàn)代化上了一個(gè)新的臺(tái)階，改善了全市地面觀測(cè)業(yè)務(wù)的質(zhì)量。隨著時(shí)間的推移，自動(dòng)站出現(xiàn)故障在所難免，一旦自動(dòng)站出現(xiàn)故障，首先會(huì)影響探測(cè)資料的完整性，其次資料的處理也非常麻煩，直接影響到測(cè)報(bào)員個(gè)人、縣局、市局的工作質(zhì)量。把實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和自動(dòng)站原理、維修手冊(cè)結(jié)合起來(lái)，從故障的現(xiàn)象快速對(duì)應(yīng)找出自動(dòng)站的癥結(jié)并加以解決，減少自動(dòng)站資料的缺測(cè)，達(dá)到提高地面測(cè)報(bào)質(zhì)量的目的才是問(wèn)題的關(guān)鍵。

1 故障收集分析

通過(guò)對(duì)菏澤市近幾年常見(jiàn)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出：設(shè)備故障的表現(xiàn)形式為無(wú)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)異常，發(fā)現(xiàn)形式為監(jiān)控界面監(jiān)測(cè)和報(bào)表審核；其中，線路不正常22起，設(shè)備損壞11起，維護(hù)不及時(shí)7起。從排除時(shí)間上看，線路故障排除時(shí)間最短，傳輸故障與地線故障判斷解決時(shí)間耗時(shí)最長(zhǎng)。自動(dòng)站出現(xiàn)故障后，發(fā)現(xiàn)異常的幾乎全部為一線業(yè)務(wù)人員，并進(jìn)行上報(bào)，解決；少部分由省局資料中心預(yù)審發(fā)現(xiàn)。這樣已經(jīng)對(duì)業(yè)務(wù)工作造成了影響，對(duì)資料的質(zhì)量造成了不可挽回的損失，如何尋找先于故障發(fā)生而解決的方法是我們努力的方向。

線路不正常的原因：由于傳感器線路及傳輸線路均在地溝中，或通過(guò)穿線管埋入地下，或靠近傳感器端直接埋入土中，為鼠等嚙齒類動(dòng)物和不確定事件損壞線纜埋下了隱患。設(shè)備損壞的原因一般為：長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后儀器性能下降、機(jī)械磨損、偶發(fā)的超運(yùn)行條件等。

從分析解決方式上看：一般是通過(guò)測(cè)量或替換的方式進(jìn)行確定，測(cè)量為主要確定故障手段，替換是在無(wú)法通過(guò)測(cè)量確定故障的情況下，通過(guò)替換可疑部件來(lái)確定故障。

2 自動(dòng)站傳感器故障判斷及解決方法

按照早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早判斷、早解決的思路，用以下步驟和方法判斷并排除自動(dòng)站傳感器故障。

2.1 日常維護(hù)

首先經(jīng)常檢查相關(guān)設(shè)備與設(shè)施，做到早預(yù)防（表1）。合適的供電是所有設(shè)備穩(wěn)定的基礎(chǔ)，所以在可檢測(cè)的部位都應(yīng)有在允許范圍內(nèi)的電壓，在采集器處、計(jì)算機(jī)處、蓄電池處應(yīng)有正常的供電；接地電阻是各種干擾入地的重要通路，用來(lái)保證采集正常、傳輸正常、接收正常、處理正常的重要措施，所以把接地電阻作為經(jīng)常性檢查項(xiàng)目。各種傳感器及其安裝維護(hù)要逐條進(jìn)行，保證所采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信，采集設(shè)備能夠正常運(yùn)行，延長(zhǎng)敏感元件的使用壽命。

表1　維護(hù)檢查表

其次力爭(zhēng)先于故障之前發(fā)現(xiàn)隱患，如在觀測(cè)場(chǎng)線路管道附近是否發(fā)現(xiàn)動(dòng)物痕跡，在適當(dāng)?shù)奈恢孟滤幉⒔?jīng)常檢查更換新藥；在線路管埋設(shè)上方布設(shè)醒目標(biāo)志，防止工程施工損壞線路；統(tǒng)計(jì)儀器使用期限、平均維修期限、壽命長(zhǎng)短、以及能在一定程度體現(xiàn)儀器性能的指標(biāo)，在將要達(dá)到預(yù)定指標(biāo)時(shí)提前更換，如風(fēng)速傳感器的在菏澤的指標(biāo)之一“月靜風(fēng)頻率”，歷年來(lái)每月的靜風(fēng)一般小于10％，若有接近或超出時(shí)即進(jìn)行鄰站比較和本站時(shí)間分析，看其有無(wú)性能下降的情況，其次風(fēng)速傳感器使用期限一般在1.5年左右，超出這個(gè)期限，即應(yīng)經(jīng)常性檢查比較，偶發(fā)的超運(yùn)行條件如閃電、雷暴大風(fēng)，大雨、電壓超高等災(zāi)害性條件過(guò)后及時(shí)檢查。

第三經(jīng)?？偨Y(jié)值班經(jīng)驗(yàn)：比如說(shuō)當(dāng)有降水時(shí)，屋檐滴水，降水量約為0.3mm，當(dāng)出現(xiàn)雨量計(jì)沒(méi)有反映時(shí)及時(shí)檢查漏斗內(nèi)是否存水，翻斗有翻動(dòng)的聲音時(shí)，必定有雨記錄；溫度在零下降水性質(zhì)為固態(tài)時(shí)，應(yīng)特別注意風(fēng)傳感器；巡查儀器時(shí)看風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)是否能上下正常轉(zhuǎn)動(dòng)。軟件內(nèi)參數(shù)設(shè)置中審核規(guī)則庫(kù)，必須本地化，并經(jīng)常檢查。

2.2 傳感器的故障排查

傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置[1]7。圖1為傳感器的組成示意圖，自動(dòng)氣象站用的傳感器將被測(cè)量的溫度，濕度，雨量，氣壓，風(fēng)向，風(fēng)速等氣象要素量，轉(zhuǎn)換成的輸出信號(hào)包括電壓，電流，頻率等模擬電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。

圖1　傳感器的組成

2.2.1 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器同時(shí)測(cè)量空氣溫度和相對(duì)濕度，測(cè)溫部分為4線制鉑電阻，測(cè)濕部分輸出信號(hào)為0～1V電壓，對(duì)應(yīng)濕度為0～100％RH。下面是鉑電阻計(jì)算公式[1]15。

（1）式中Rt為溫度為t時(shí)的電阻值，R0為標(biāo)準(zhǔn)電阻值100?，A、B為通過(guò)對(duì)傳感器的校準(zhǔn)可得出的系數(shù)。

圖2為HMP45D型溫濕度傳感器接線圖，溫度傳感器正常時(shí)同端電阻小于5?，異端電阻在80～120?之間，當(dāng)溫度傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，分別用萬(wàn)用表測(cè)量其同端電阻（1，2之間或3，4之間的電阻）和異端電阻（1（2）與3（4）間的電阻），若測(cè)得的阻值無(wú)窮大，或者異端電阻超差（換算成溫度），則可判斷傳感器損壞，需更換傳感器。

圖2　HMP45D型溫濕度傳感器接線圖

濕度傳感器故障時(shí)，利用萬(wàn)用表DC20V測(cè)量防雷板5，7之間或者電纜接口5，7之間的電壓輸出，看是否在0～1V之間，若無(wú)電壓，則檢查是否有供電，或者線路是否斷開(kāi)，若正常則是傳感器故障，若電壓高于1V，則可能是傳感器故障或者線路聯(lián)電，需要更換信號(hào)線或濕度傳感器。

2.2.2 氣壓傳感器

氣壓傳感器感應(yīng)元件采用VISALA研制的硅電容壓力傳感器，其具有很好的滯后性和重復(fù)性、溫度特性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。它的工作原理是基于一個(gè)先進(jìn)的RC振蕩電路，電容壓力傳感器及溫度傳感器連續(xù)測(cè)量，微處理器自動(dòng)進(jìn)行壓力線性補(bǔ)償及溫度補(bǔ)償獲得精確的氣壓值。

圖3為氣壓傳感器接線圖，氣壓傳感器的正常值范圍為0～2.5V，當(dāng)氣壓異常時(shí)，利用萬(wàn)用表DC20V測(cè)量DT50的3+，3-之間的電壓輸出，若無(wú)電壓，則檢查是否有供電，若供電正常，則檢查線路是否斷開(kāi)；若電壓高于2.5V，則判斷是分壓電阻壞，此時(shí)應(yīng)更換信號(hào)線；另一個(gè)異常值情況為電壓超差（換算出氣壓值超差），如出現(xiàn)此種情況，判斷為氣壓傳感器故障，應(yīng)更換氣壓傳感器。

圖3　PTB220型氣壓傳感器接線圖

2.2.3 雨量傳感器

SL3-1型雙翻斗雨量傳感器是用于測(cè)量液態(tài)降水量的傳感器（圖4[1]39），雨水經(jīng)承水口匯集后進(jìn)入承水器經(jīng)漏斗進(jìn)入上翻斗，上翻斗將匯集的液態(tài)降水通過(guò)集水器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的大降水強(qiáng)度的降水后進(jìn)入計(jì)量翻斗，計(jì)量翻斗對(duì)進(jìn)入的降水以0.1mm的分辨率進(jìn)行計(jì)量，將計(jì)量后的降水倒入計(jì)數(shù)翻斗，每進(jìn)入0.1mm的降水計(jì)數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次，使得干簧管開(kāi)關(guān)接點(diǎn)閉合一次，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，代表0.1mm降水量，對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)即可測(cè)得分辨率為0.1mm的降水量。

圖4　SL3-1型雙翻斗雨量傳感器結(jié)構(gòu)圖

首先使用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量雨量線電阻，測(cè)量出的阻值為無(wú)窮大（或者為0）時(shí)，可判斷雨量線斷路（或者短路），需更換雨量線。再測(cè)量雨量傳感器紅、藍(lán)接頭，當(dāng)計(jì)量翻斗處于中間（連接狀態(tài)下）時(shí)，測(cè)量出的電阻值為無(wú)窮大，或者計(jì)量翻斗處于一側(cè)（斷開(kāi)連接）時(shí)，測(cè)量出的電阻值為0，則故障原因可判斷為干篝管損壞，應(yīng)更換干簧管。

2.2.4 風(fēng)向風(fēng)速傳感器

風(fēng)向、風(fēng)速傳感器供電電源為+12V，用于測(cè)量距地10m處的地面風(fēng)的速度計(jì)方向，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)可以直接傳送到記錄設(shè)備進(jìn)行處理。

圖5為EL15-2D型風(fēng)向傳感器、EL15-1A型風(fēng)速傳感器接線圖，風(fēng)向傳感器的電壓范圍是0～2.5V，測(cè)量由采集器接收信號(hào)處開(kāi)始，防雷板第17（風(fēng)向信號(hào)）、16腳（地）處信號(hào)正常，則為采集器不能處理信號(hào)，必須更換。斷開(kāi)風(fēng)橫臂4腳，即風(fēng)向信號(hào)并不向電纜傳輸，若不正常，故障仍在上一級(jí)，通過(guò)更換風(fēng)向傳感器或橫臂電纜即可解決，正常則是風(fēng)電纜有破損接地現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)失真，通過(guò)更換風(fēng)電纜即可。當(dāng)風(fēng)向連續(xù)變化，但電壓變動(dòng)不連續(xù)或電壓超出2.5V則為傳感器損壞，直接更換傳感器即可解決。

圖5　EL15-2D型風(fēng)向傳感器、EL15-1A型風(fēng)速傳感器接線圖

風(fēng)速傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電壓約為6V，靜止時(shí)為0V或12V，用萬(wàn)用表DC20V測(cè)量防雷板第14（風(fēng)速信號(hào)）、16（地）腳之間的電壓值，若電壓正常，則為采集器不能處理信號(hào)，必須更換。斷開(kāi)風(fēng)橫臂3腳，即風(fēng)速信號(hào)并不向電纜傳輸，若不正常，故障仍在上一級(jí)，通過(guò)更換風(fēng)速傳感器或橫臂電纜即可解決，正常則是風(fēng)電纜有破損接地現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)失真，通過(guò)更換風(fēng)電纜即可解決。

3 結(jié)語(yǔ)

故障處理只是手段，避免故障的發(fā)生才是目的，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、事前發(fā)現(xiàn)故障隱患；審核庫(kù)的細(xì)化、提高觀測(cè)員素質(zhì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障；按既定的步驟和方法檢查就可以準(zhǔn)確找出故障原因，快速排除故障，提高地面觀測(cè)業(yè)務(wù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李黃. 自動(dòng)氣象站實(shí)用手冊(cè)[M]．北京：氣象出版社，2007．

作者簡(jiǎn)介：丁媛媛（1990—），女，山東定陶人，本科，助理工程師，主要從事地面測(cè)報(bào)及應(yīng)用氣象工作。

收稿日期：2015-01-30

中圖分類號(hào)：P415.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1005–0582（2016）01–0061–04