前向散射能見度儀工作原理及維修維護

柳紅

摘要 介紹了前向散射能見度儀的構成、工作原理和日常維護，對常見故障進行了描述，并說明了故障處理方法，幫助基層業務人員及時處理各類故障，為前向散射能見度儀正常運行提供技術保障。

關鍵詞 前向散射能見度儀；結構；工作原理；日常維護；故障處理

中圖分類號 P415.33 文獻標識碼 B 文章編號 1007-5739（2016）09-0213-02

隨著自動氣象現代化建設的推進，許多觀測項目由人工觀測改為自動觀測，2015年淄川區氣象局安裝了前向散射能見度儀，主要用于自動觀測能見度和視程障礙類天氣現象。通過近1年的使用，確實減輕了基層業務人員的工作量，業務改革成效顯著。由于使用時間較短，在實際工作中部分業務人員對前向散射能見度儀的工作原理和維修維護技術的了解還不夠全面，現著重從該儀器的工作原理和日常維修維護方面進行總結說明。

1 儀器結構及工作原理

1.1 儀器結構

前向散射能見度儀，由硬件和軟件組成。其既可作為獨立設備與微機終端連接組成能見度自動觀測系統，也可以作為能見度分采集系統掛接在其他采集系統上。

作為獨立設備的前向散射能見度儀至少應包含以下3個部分：采集器、傳感器和支架。為保證設備良好運行還應包括供電電源、電源防雷器和蓄電池等；且可選配無線通信模塊（圖1）。

1.2 硬件

1.2.1 傳感器與數據采集器。傳感器部分包括發射器、接收器和控制處理器等。數據采集部分指數據采集箱。數據采集箱可以安裝在室內，也可以安裝在室外。

1.2.2 系統電源。系統所用電源為直流12 V。配有蓄電池，并對蓄電池浮充充電，以備市電停電時可由蓄電池進行供電。

1.2.3 通信接口與通訊模塊。聯接采集器與計算機、計算機與中心站、采集器與中心站等的通信聯接設備。通信接口使用RS-232或RS-485。通過外接無線傳輸模塊，可以擴展通信距離。無線傳輸模塊的類型有 GPRS、CDMA等。無線傳輸時，可以實現多點傳輸，至少可同時將數據發到2個數據中心站。

1.2.4 計算機。前向散射能見度儀獨立運行時應配備計算機，作為數據接收終端，并實現對能見度儀的監控、能見度數據處理和存儲，計算機應能滿足業務軟件運行的基本配置要求。

1.3 軟件

1.3.1 采集軟件。采集軟件由廠家提供，寫在采集器中，必須遵守本規范及其他氣象技術標準。至少具備如下主要功能：可以對參數和系統時鐘進行調整；采集的傳感器輸出信號，經過處理形成能見度觀測值；存儲和傳輸能見度觀測值；運行狀態監控。

1.3.2 業務軟件。軟件根據實際情況需要進行編制。其主要功能包括參數的設置、數據存儲、報文生成、實時數據顯示、數據質量控制。

1.3.3 采樣和算法。采樣：每分鐘至少采樣4次。算法：1 min能見度值（也稱為瞬時值），每分鐘輸出1個數據。

（1）1 min內采樣數據的算術平均值。

式（1）中：Y—1 min觀測時段內氣象變量的平均值；yi—1 min觀測時段內第i個氣象變量的采樣瞬時值（樣本），其中，“錯誤”等非“正確”的樣本應丟棄而不用于計算，即令yi=0；N—1 min觀測時段內的樣本總數，由“采樣頻率”和“平均值時間區間”決定；m—1 min觀測時段內“正確”的樣本數（m≤N）。

（2）10 min平均值。1 min輸出1次10 min平均值，是在1 min能見度值（瞬時值）基礎上的10 min滑動平均。

1.4 工作原理

前向散射能見度儀的發射器與接收器在一定距離的兩處，同時成一定的角度。由于接收器只能接收大氣的前向散射光，所以通過測量散射光強度，得出散射系數，進而估算出消光系數（圖2）。根據柯西米德定律計算氣象光學視程（MOR），其公式如下：

2 日常維護與故障處理方法

2.1 日常維護

為了保證儀器的正常運行，應做好對儀器的日常巡視、維護等工作。一是觀察期間，每個整點前10 min應查看觀測數據。如果發現數據錯誤或異常應及時處理。二是每日日出后和日落前巡視能見度儀，如果發現有影響數據采集的雜物，要及時進行清除。為避免損傷眼睛，禁止長時間直視發射端鏡頭。三是每月應檢查供電設施，確保供電安全。四是一般每2個月定期清潔傳感器透鏡，切忌長時間直視發射端鏡頭。五是定期檢查、維護的情況應記入值班日志中。六是對能見度自動觀測數據有影響的還要摘入備注欄。七是檢查時應盡量避免用手電筒等光源照射能見度觀測設備。此外，前向散射能見度儀在運行中，切忌長時間連續直視發射端鏡頭[1-2]。

2.2 常見故障處理

2.2.1 缺少信息。第一步檢查終端設置是否正確。先更改波特率，例如，更改為9 600 bps。檢查是否有7個數據位、偶數奇偶性和1個停止位。 第二步發出OPEN命令，再發出其他命令以查看DNQ1/V35是否已處于命令模式。第三步前往設備位置。隨身攜帶維護PC（終端）、工具和校準儀裝置。第四步檢查DNQ1/V35是否加電。打開PWC10/20/50電子器件外殼蓋子，查看運行和信號/偏移LED是否閃爍。第五步，如果LED未打開要檢查電源電壓、所有接頭是否都正確插入。第六步，如果紅色LED閃爍（閃爍1次/s表示運行正常），則將維護終端連接到RS端口，然后檢查第一步和第二步[3-4]。

2.2.2 信息存在，但能見度值不存在。第一步，DNQ1/V35控制電子器件可能正在運行，使用STA命令檢查狀態信息，如果有任何活動警報，則能見度值不存在，要特別檢查P12、M12、BACKSCATTER和LEDI。第二步，前往DNQ1/V35位置，檢查電纜接頭、接收單元和發射單元裝置（卸除這些裝置時，要遵循操作要求）。

2.2.3 能見度持續過低。可能是3種情況：一是檢查護罩的情況；二是嘗試為接收單元/發射單元光學器件找到一個更好的方向；三是電氣故障，可參照“信息存在，但能見度值不存在”處理。前向散射能見度儀設有防連接到供電線的反極性功能，如果供電線連接到非電源的引線，那么可能會發生損害，具體取決于電源的饋電電壓和限流功能。

2.2.4 儀器沒有響應。這種情況下，可執行以下操作：檢查連接。可以通過RS-232維護線對DNQ1/V35進行診斷；檢查波特率，出廠默認值為9 600，7，E，1；打開接收單元的蓋子；連接電源并觀察內部LED。初始化順序（3 s）：LED4紅燈亮（信號變亮/偏移關閉），LED3黃燈亮（運行，1 Hz），LED2紅燈關閉（傳輸數據），LED1黃燈關閉（接收數據）。啟動順序（1 s）：LED4紅燈亮（信號變亮/偏移關閉），LED3黃燈關閉（運行，1 Hz），LED2紅燈關閉（傳輸數據），LED1黃燈關閉（接收數據）。運行順序從頭開始：LED4紅燈亮10 s/關閉5 s，連續順序LED3黃燈閃爍，1 Hz發送初始化字符串時，LED2紅燈短暫亮一下（傳輸數據），LED1黃燈關閉（接收數據）；如果順序正確并且發送指示燈有響應，可檢查以下項：初始化字符串“PWDxxVn.nnyyyy-mm-dd SN：___”應響應維護終端，如果響應無法理解要檢查終端的通信設置，可嘗試使用其他期望的波特率；如果LED未亮，檢查內部接頭連接，可進行以下測量：測量輸入電壓：X1-5=電源GND，X1-4=電源+V；如果LED是亮的但順序反復啟動，進行以下操作：檢查電纜終端，了解是否與鄰接的引線構成短路。使用供電能力更強的電源（電源可在短時間內進入限流狀態）。使用更大電源電壓（最大為55 VDC），這有助于啟動需要的電流。

3 結語

前向散射能見度儀的投入使用是地面氣象觀測自動化程度提高的具體體現，在使用過程中會出現不同種類的故障，但是只要業務人員了解工作原理，同時認真做好日常的維護工作，必將大大降低故障的出現幾率，如果出現故障，也不要慌張，可以參照本文中列舉的故障現象進行一一排除。當然，在實際工作中，可能還會出現其他的故障，但是只要業務人員在工作中多觀察、多分析、多動腦、多積累，儀器保障能力一定會不斷提高。在出現故障時，力爭在最短時間內排除故障，確保能見度儀處于良好的運行狀態，保證數據的連續性和準確性。

4 參考文獻

[1] 前向散射能見度儀觀測規范[M].北京：氣象出版社，2011：2-5.

[2] 朱樂坤，李林.前向散射能見度儀校準技術[J].氣象科技，2013，41（6）：1003-1007.

[3] 張毅，劉小容，鐘運新，等.前向散射能見度儀的工作原理及維護維修[J].氣象水文海洋儀器，2015，32（1）：118-120.

[4] 劉哲輝，叢旭日，李治君.XDN01前向散射能見度儀的幾個故障分析[J].山東氣象，2012（4）：54-55.