魏建軍 黎勛 蘇禹賓 王瑋 呂抒航

【摘 要】文章介紹了馬山縣大氣負(fù)離子觀測站的硬件結(jié)構(gòu)，包括大氣負(fù)離子監(jiān)測系統(tǒng)和太陽能供電系統(tǒng)，同時(shí)探討了大氣負(fù)離子觀測站設(shè)備的日常維護(hù)和常見故障維修，為臺站維修人員提供了有力保障。

【關(guān)鍵詞】大氣負(fù)離子;觀測站;系統(tǒng)結(jié)構(gòu);維護(hù)維修;馬山

【中圖分類號】P49 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）11-0062-03

0 引言

空氣是由無數(shù)個(gè)分子組成的，由于自然界的紫外線、宇宙射線、土壤和空氣放射線的作用，有些空氣分子被電離而成為自由電子，大部分自由電子被氧氣所獲取，導(dǎo)致氧氣帶負(fù)電荷，形成“負(fù)氧離子”，也就是我們通常所說的“負(fù)離子”[1，2]。

負(fù)離子有降塵、滅菌、凈化空氣等作用，因其能提供負(fù)電荷，具有較強(qiáng)的抗氧化作用。醫(yī)學(xué)研究表明，負(fù)離子具有降解中和空氣中的有害氣體、調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能、消除疲勞、改善睡眠、預(yù)防呼吸道疾病、改善心腦血管疾病、降血壓、增進(jìn)人的食欲、增強(qiáng)皮膚彈性及抗衰老等作用，被譽(yù)為“空氣中的維生素”[3]。

由于負(fù)離子對人體的健康有重要作用，以及它與大氣污染有著密切的相關(guān)性，因此大氣負(fù)離子濃度成為評價(jià)空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)。

大氣負(fù)離子觀測系統(tǒng)可用于測量單位體積內(nèi)大氣負(fù)離子濃度、空氣溫度和空氣相對濕度，能自動、連續(xù)、長期、全天候地監(jiān)測大氣負(fù)離子濃度變化，它具有測量準(zhǔn)確、靈敏度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、能長期在野外不間斷工作的特點(diǎn)，滿足采集高精度和高穩(wěn)定性的觀測數(shù)據(jù)，能適應(yīng)氣象觀測的業(yè)務(wù)需求。

1 大氣負(fù)離子觀測站簡介

馬山縣大氣負(fù)離子觀測站引用的是美國Epex系列大氣負(fù)（氧）離子監(jiān)測系統(tǒng)（如圖1所示）。該系統(tǒng)主要用于測量遷移率K≥0.4 cm2/V·s的小粒徑負(fù)離子濃度值，也能測量空氣溫度和相對濕度兩個(gè)氣象要素。馬山縣大氣負(fù)離子觀測站安裝在水錦順莊景區(qū)內(nèi)，采用GPRS無線通信傳輸，太陽能供電系統(tǒng)供電，為野外無人值守觀測提供了便利。

大氣負(fù)離子觀測站由大氣負(fù)離子監(jiān)測系統(tǒng)和太陽能供電系統(tǒng)組成。

1.1 大氣負(fù)離子監(jiān)測系統(tǒng)

大氣負(fù)離子監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器、離子傳感器、溫濕度傳感器、無線GPRS通信模塊等。該觀測系統(tǒng)采用“電容式吸入法”原理[4]進(jìn)行負(fù)離子檢測，測量空氣中的負(fù)離子濃度值。在離子傳感器（或稱采集筒）的極化板上加載定量的極化電壓，再讓被測空氣按設(shè)定的速度勻速通過傳感器。空氣中特定的小粒徑負(fù)離子在電場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，被采集板所捕獲。采集到的負(fù)離子負(fù)電荷量經(jīng)過采集器處理，即可計(jì)算出負(fù)離子的濃度值。

大氣負(fù)離子監(jiān)測系統(tǒng)采集箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 太陽能供電系統(tǒng)

太陽能是一種干凈的可再生新能源，具有無噪聲、無污染、無動部件、可靠性高等特點(diǎn)。太陽能供電系統(tǒng)（如圖3所示）由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池組組成，其供電系統(tǒng)箱內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。各部件功能介紹如下。

（1）太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。

（2）太陽能控制器：太陽能控制器是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過放電保護(hù)和過充電保護(hù)的作用。

（3）蓄電池組：由4個(gè)蓄電池組成，每個(gè)蓄電池為100 AH的免維護(hù)蓄電池，其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池組件所供出的電能儲存起來，等到需要的時(shí)候再釋放出來。

2 大氣負(fù)離子觀測站日常維護(hù)和常見故障維修

大氣負(fù)離子觀測站安裝在景區(qū)，站點(diǎn)附近有較多植被，昆蟲較多，而且馬山雨量充沛，需定期對站點(diǎn)做好日常維護(hù)，如果維護(hù)不到位，將會影響大氣負(fù)離子觀測站的正常穩(wěn)定運(yùn)行和觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

2.1 日常維護(hù)

定期對大氣負(fù)離子觀測站進(jìn)行日常維護(hù)，我們一般將設(shè)備維護(hù)周期定為一個(gè)季度一次，做好維護(hù)記錄，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)需采取有效措施進(jìn)行處理，保證設(shè)備長期、穩(wěn)定運(yùn)行，確保大氣負(fù)離子觀測資料的連續(xù)性、可靠性、準(zhǔn)確性。日常維護(hù)步驟如下。

（1）打開大氣負(fù)離子監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)箱，查看設(shè)備運(yùn)行狀況。檢查主板顯示屏狀態(tài)，顯示是否完整，時(shí)間運(yùn)行是否正常，采集數(shù)是否在3 000～16 000，空氣溫度、相對濕度值是否正常。檢查通信模塊指示燈是否運(yùn)行正常。

（2）清理設(shè)備進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口，注意清理蜘蛛網(wǎng)、昆蟲等雜物，保證設(shè)備風(fēng)道通暢。

（3）清理采集筒內(nèi)壁和采集棒之間連接件的灰塵、蜘蛛網(wǎng)等雜物，最好用酒精擦洗并吹干，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）檢查風(fēng)扇運(yùn)行狀況，清理風(fēng)扇灰塵、雜物等。

（5）線纜檢查。檢查空氣開關(guān)、浪涌保護(hù)器等接線部分連接是否牢固;檢查采集器、風(fēng)扇、極化電壓、加熱線、數(shù)據(jù)采集電纜等接線端子連接是否牢固;檢查設(shè)備通信天線接口是否擰緊。

（6）測量電壓值。測量電源輸入電壓是否為220 V，測量電源輸出電源是否為12 V，測量極化電壓（采集筒與地之間的電壓）是否為38 V，測量除濕電壓（加熱端與地之間的電壓）是否在6～12 V。

2.2 常見故障維修

由于設(shè)備長期不間斷地在野外工作，因此發(fā)生的故障現(xiàn)象復(fù)雜多變。現(xiàn)結(jié)合日常工作中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，并給出解決方案。

（1）設(shè)備屏幕沒有點(diǎn)亮。檢查輸入電壓220 V是否正常，檢查空開、防雷模塊;檢查輸出電壓是否為12 V，檢查綠色接線端子是否牢固;如均正常，則需更換主板[5]。

（2）設(shè)備時(shí)間不正確。如果時(shí)間能運(yùn)行，關(guān)機(jī)后時(shí)間又變亂，則更換主板的紐扣電池;如果是設(shè)置時(shí)間不能正常顯示，則是時(shí)鐘芯片或晶振有問題，需更換主板。

（3）設(shè)備顯示掉線狀態(tài)。檢查設(shè)備是否斷電，是否是太陽能供電不足;檢查主板RS232通信接口是否正常工作;檢查設(shè)備安裝地手機(jī)信號強(qiáng)弱;檢查設(shè)備的通信模塊服務(wù)器IP地址或端口對不對，若不對需重新設(shè)置;檢查SIM卡是否欠費(fèi)或失效;若上述情況均正常，則致電廣西氣象技術(shù)裝備中心值班電話，檢查服務(wù)器端的接收軟件是否運(yùn)行等情況。

（4）負(fù)離子濃度值較小。檢查風(fēng)扇是否正常工作;檢查采集筒內(nèi)是否有蚊蟲、蜘蛛網(wǎng)等雜物[6，7];檢查進(jìn)風(fēng)口是否被堵;檢查采集板是否出現(xiàn)故障，若判斷是故障，則需更換主板。

（5）采集數(shù)為0。顯示屏上的Rate、Base對應(yīng)的數(shù)值為采集數(shù)。若采集數(shù)為0，檢查采集板的排線是否老化，是否有短路、斷路情況;檢查采集板和采集棒是否接觸牢固;檢查采集筒是否有極化電壓;若均正常，則可能是主板出現(xiàn)故障，需更換主板。

（6）采集數(shù)為65535。有可能是當(dāng)?shù)叵鄬穸冗^大導(dǎo)致，確認(rèn)設(shè)備是否長時(shí)間被云霧籠罩;檢查當(dāng)?shù)厥欠裼写箅妶龈蓴_;檢查采集板的排線是否老化，是否有短路、斷路情況;檢查采集筒內(nèi)是否有蚊蟲、蜘蛛網(wǎng)等雜物。

（7）電源故障。檢查空開和防雷模塊與電源模塊之間的接線是否脫落;檢查設(shè)備通信模塊指示燈，若通信模塊指示燈亮，主板顯示屏不亮，則更換主板，若通信模塊和主板顯示屏均不亮，則有可能是電源模塊損壞。

（8）風(fēng)扇不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。將風(fēng)扇插頭拔下，測量風(fēng)扇的供電口，若在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)都沒有電壓輸出，表示主板出現(xiàn)問題，需更換主板;若主板有電壓輸出，則是風(fēng)扇損壞或者風(fēng)扇線路損壞，需進(jìn)行更換。

3 結(jié)語

由于大氣負(fù)離子的濃度值可以反映一個(gè)地區(qū)的空氣質(zhì)量，成為評價(jià)環(huán)境優(yōu)良的指標(biāo)之一，因此很多大氣負(fù)離子觀測站都安裝在景區(qū)或森林等地方，其觀測數(shù)據(jù)為旅游、環(huán)保等部門對環(huán)境監(jiān)測提供有力支撐。氣象部門結(jié)合所在觀測站的氣象條件、氣象要素等進(jìn)行分析，為監(jiān)測生態(tài)環(huán)境和預(yù)警服務(wù)提供基礎(chǔ)保障。因此，不斷研究和總結(jié)出大氣負(fù)離子觀測站常見故障及維修維護(hù)方法，對保證大氣負(fù)離子觀測系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有深遠(yuǎn)意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]尚媛媛，王紅波，陶勇，等.赤水市大氣負(fù)氧離子的時(shí)空特征及與氣象因子的關(guān)系[J].中低緯山地氣象，2018，

42（4）：43-48.

[2]黎勛，魏建軍，王瑋.廣西負(fù)氧離子濃度的變化特征分析[J].氣象研究與應(yīng)用，2019，40（3）：98-101.

[3]闞莉，陳明.空氣中負(fù)氧離子研究現(xiàn)狀[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015（7）：123.

[4]鄔昀.“電容式吸入法”空氣負(fù)離子監(jiān)測系統(tǒng)工作原理及典型故障分析[J].氣象水文海洋儀器，2015，32（2）：99-102.

[5]侯飆，韓書新.大氣負(fù)氧離子自動觀測儀的保障和維護(hù)[J].黑龍江氣象，2016，33（4）：33-34.

[6]崔煒.負(fù)離子監(jiān)測儀安裝與維修技術(shù)要領(lǐng)[J].陜西氣象，2017（6）：45-46.

[7]蔣冬雁，陳平，李偉雄.鉑電阻溫度傳感器檢定結(jié)果的不確定度分析評定[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019，450（4）：67-68.