區域自動氣象站運行維護及故障維修方法的探討

余昌松，安 濤，劉大偉，王 旭

（淳安縣氣象局，浙江淳安 311700）

區域自動氣象站運行維護及故障維修方法的探討

余昌松，安 濤，劉大偉，王 旭

（淳安縣氣象局，浙江淳安 311700）

從區域自動氣象站的工作原理分析入手，結合日常維護保障工作實際，文章總結了自動氣象站運行維護方面的經驗，簡單介紹區域自動氣象站故障維修方法，希望能給區域自動氣象站維修保障人員提供幫助。

區域自動氣象站 運行維護 故障維修 方法

區域自動氣象站是國家氣象觀測網的補充，是氣象現代化的組成部分[1]。根據需要，淳安縣氣象局從2002年開始建設區域自動氣象站，到目前為止全縣已建成兩要素區域站23個、四要素區域站71個和六要素區域站12個。這些區域自動氣象站在為農業產業和決策氣象服務，特別是重大氣象災害監測、預警、預報中發揮了重要的作用。但是區域自動氣象站運行維護和故障維修方面，也面臨著一些問題。本文結合自己的工作實際，提出了區域自動氣象站日常維護的方法，總結了故障維修方面的經驗，希望能對同行有所借鑒和幫助。

1 區域自動氣象站的工作原理

區域自動氣象站是一種帶有存儲功能的多要素氣象自動觀測站，主要由傳感器、采集器、通訊接口、系統電源等組成。當氣象要素變化時，各傳感器的感應元件將氣象要素的變化轉換成電信號的變化，這種變化的電信號被CPU實時控制的數據采集器所采集，經過線性化和定量化處理，實現工程量到氣象要素量的轉換，再進行數據篩選和質量控制，并還原成各個氣象要素的實時值[2-4]，然后由通訊接口傳輸到數據中心站或用戶終端的微機上，實現氣象資料共享。

2 區域自動氣象站的日常維護

通常情況下，區域自動氣象觀測站設置在各個不同的區域，在野外長期經受各種自然災害和惡劣天氣的影響，改變儀器設備設計時所設定的工作環境，必然導致儀器設備的損壞和故障頻發，觀測數據出現較大的偏離。為了保證氣象觀測數據的連續性、準確性，區域自動氣象站儀器設備需要正常標校和日常維護工作。

2.1 傳感器的日常維護

溫度、濕度傳感器通常是封裝在一個盒子里，溫度傳感器是借用金屬鉑隨空氣中溫度改變電阻率有一個相應變化的原理來測定空氣溫度；而濕度傳感器則利用高分子濕敏電容隨空氣中濕度變化其對應介質常數有相應的變化來測量空氣濕度的。溫度、濕度傳感器的日常運行維護保養方面需要做好定期保潔，及時排除百葉窗中的灰塵和污漬，溫濕度傳感器外表面的清潔工作，保持百葉箱內空氣自然流通，使傳感器的感應元件與空氣密切接吻，消除因灰塵和污漬造成接觸誤差。保潔工作時，要格外小心，謹慎細致操作，以免弄折儀器的微型探頭，黑色過濾器中的濾網也要用干凈的毛刷刷干凈。

氣壓傳感器是由空氣通過導氣孔進入振動筒改變振動筒的固有振動頻率來測量氣壓[5]。當導氣孔或連接的通氣管內沾上灰層和蜘蛛網時，通氣的內徑變小，振動筒內外空氣自然流動減慢，氣壓記錄就會偏離。所以在日常維護時，要及時清除導氣孔和通氣管內的灰層和蜘蛛網，保持氣壓傳感器內部的清潔，保證振動筒內外空氣的自然流動。

雨量傳感器，有雨時，承水器收集的雨量由漏斗流進上翻斗，雨量積到一定量時上翻斗翻轉，雨量通過匯集漏斗的節流管對強降水進行調節，變成較均勻的降水，目的是減少強降水造成的測量誤差。有0.1 mm雨量計量翻斗翻轉，雨水倒進計數翻斗，計數翻斗帶動磁鋼翻轉，對干簧管掃描1次，干簧管閉合1次送出1個開關信號，采集器存儲0.1 mm 降水量。雨量傳感器的運行維護：首先檢查承器水平是否偏離，下水漏斗、節流管是否被泥沙等雜物堵塞，各翻斗是否有泥沙油污吸附、翻動是否靈活，雨量筒下水是否通暢，濾網是否清潔等。其次是檢查雨量的最大允差是否超過標準（小雨強時，最大允差偏離±0.3 mm；大雨強時，最大允差偏離±4%[4]）。通常量出10 mm清水慢慢倒入承水器，檢查測量誤差（小雨強和大雨強各檢查1次），如果誤差超出標準范圍，先檢查干簧管工作正常；如果干簧管輸出信是正常的，就要調整計數翻斗的基點的位置，保證降水的最大允差在標準范圍內。

風向、風速傳感器的維護保養比較簡單，只要保持風速、風向轉動部分旋轉靈活，連接線接頭和插頭牢固，信號能正常傳輸就可以。另外，傳感器的指北線與地理北線要保持一致。

2.2 采集器的日常維護

采集器是區域自動氣象站的核心，具有數據采樣、數據處理、數據存儲及數據傳輸等功能。采集器對環境要求比較高，需要有干燥、清潔、無塵、無潮氣的工作環境。采集器要進行定期清潔保養清除雜物，特別要檢查采集器底部的進線孔是否密封。進線孔不密封，容易造成潮濕空氣（特別是狂風暴雨天氣）進入到采集器內部，影響采集器的正常工作，時間長會導致采集器零部件銹蝕和電氣線路損壞。另外，連接線纜的檢查是必不可少的，要求接口牢固，有破損、老化的線纜要更換，保證采集器、傳感器、通訊接口之間信號的正常傳輸。

3 區域自動氣象站故障分析及維修方法

3.1 系統電源故障判斷及維修

夜間或陰雨天氣采集器無數據上傳，晴天有光照時，采集器又恢復正常。原因是太陽能電池板老化或蓄電池損壞，造成采集器供電電壓過低（＜5V）而自動關閉。用萬用表檢查太陽能電池空載電壓（正常為12～15 V），輸出電流（正常為l A左右），如果太陽能電池板電壓和輸出電流正常，應該是蓄電池損壞（空載檢測蓄電池電壓偏低），更換后能恢復正常，則故障排除；否則，是太陽能電池板損壞，要換太陽能電池。

采集器上傳數據出現異常或采集器不能啟動。原因是傳感器或采集器供電異常。通過數據通信終端發送檢查指令RD，查看最后返回的采集器電壓。是電源電壓過低采集器不能啟動，更換電源控制器恢復正常，則故障排除。

3.2 采集器故障判斷及維修

采集器無數據上傳或上傳數據部分異常。如果是采集器內部程序死鎖，重啟采集器，數據采集、傳輸恢復正常，則故障排除；如果是采集器數據通道故障，重啟采集器，仍有部分要素缺測，用缺測部分的傳感器直接接到采集器對應通道，數據采集恢復正常，判定是采集器數據通道故障，更換采集器恢復正常，則故障排除。

3.3 傳感器故障判斷及維修

傳感器的故障判斷，通常是通過數據通信終端發送檢查指令RD，查看最后一次各上傳數據的電壓值，如果傳感器無返回或返回數據出現明顯錯誤，就判斷該傳感器故障；如果返回的數據懷疑有問題，則要對有問題的傳感器作具體分析，尋找故障部位加以排除。

（1）溫濕度傳感器故障判斷

溫度傳感器采用恒流源供電四線制電路連接方式，其電原理圖如圖1所示。檢查溫度傳感器是否損壞，用萬用表測出R0和Rt的電阻值，并用R0和Rt的差值代入氣溫的理論計算

圖1 溫度傳感器電原理

公式T=（R-100）/0.38，算出當時的氣溫與實際氣溫比較，如果兩者差值（≥5°），判斷溫度傳感器損壞，改用備份溫度傳感器，溫度記錄正常則故障排除。

濕度傳感器是否損壞，一般用濕度傳感器輸出電壓的高低來判斷。空氣濕度在0～100%之間變化時，濕度傳感器輸出對應的電壓在0～1V之間變化障[6]。檢查時，萬表電壓檔測量濕度信號線與GND線之間的電壓超出1V，判斷濕度傳感器損壞，更換備份濕度傳感器，記錄恢復正常則故障排除。

（2）氣壓傳感器故障判斷

氣壓傳感器損壞的概率比較低，主要因環境改變引起的故障比較多。首先用氣壓記錄與標準站測得氣壓的差值的大小來判斷，如果差值很大，說明氣壓記錄有問題。其次是檢查氣壓的顯示值能否隨時間有變化，有變化說明氣壓傳感器本身是正常的（否則，要對內部線路進行排查）；最后要檢查氣壓傳感器所處的環境是否有改變。氣壓傳感器長期在野外工作，導氣孔及連接的通氣管內容易沾上灰塵污垢或蜘蛛網，從而改變振動筒內外空氣的流速和流量，使氣壓記錄的偏離，堵塞嚴重會造成氣壓傳感器記錄失靈、失真，導氣孔和通氣管疏通后，按下復位鍵，氣壓記錄恢復正常，則故障排除。

（3）雨量傳感器故障判斷

雨量傳感器的故障，主要有漏斗和調節管堵塞、翻斗故障、磁鐵失磁、干簧管短路等。例如某區域站雨量明顯均較周圍站小，并且小雨時，無雨量記錄，懷疑是下水漏斗、節流管被泥沙等雜物堵塞，清除堵塞物，則故障排除；例如某區域站雨量均較周圍站數據偏小，用萬用表電阻連接干簧管兩端，人為翻動翻斗，發現有漏記，懷疑是干簧管靈敏度降低或小磁鐵失磁；更換干簧管或小磁鐵故障依然存在，后來發現是固定在計數翻斗上的磁鐵松動，增加了磁鐵與干簧管的距離，重新調整位置并固定后，則故障排除。另外，出現很大的降雨時，翻斗的翻轉（彈性作用）會加速（增加），降雨量會偏大，在資料使用時要適當考慮誤差（訂正）。

（4）風速、風向傳感器故障判斷

風速、風向傳感器的故障比較少，本文主要介紹測量輸出電壓來判斷故障。說明書介紹，風向輸出的模擬電壓0～2.5V，對應是0～360度，風速傳感器正常工作電壓是采集器電壓的一半左右。如果懷疑風速、風向傳感器有問題，用萬用表電壓檔分別測量輸出風向信號電壓和風速傳感器工作電壓，當測量的電壓超出對應范圍時，則判斷風速、風向傳感器有故障，更換后，風向、風速恢復正常，則故障排除。

3.4 通信模塊故障判斷

區域自動氣象站是采用移動通信方式傳輸數據的，要檢查GPRS天線、測定GPRS信號強度、穩定性、了解GPRS卡繳費情況。是天線故障，則需要調整或更換天線；是GPRS是卡損壞或信號問題，借用手機來測定，是卡損壞，更換新卡；是信號不穩定、信號太弱，及時聯系運營商對GPRS信號進行優化；是GPRS卡欠費，及時交費，遲早恢復。經上述步驟仍不能恢復通信，判斷通信模塊損壞，更換通信模塊恢復正常，故障排除。

4 結語

區域自動氣象站的故障是多種多樣，即使同一種故障現象有可能是不同的因素引起的，只有正確理解區域站的工作原理和系統掌握各部分之間的內在聯系，才能正確地分析出故障的原因，正確地選擇排除故障的方法。同時，在維護維修過程中，要認真做好維修筆記，不斷歸納總結維修經驗，才能舉一反三，提高對區域自動氣象站故障的分析判斷能力和故障維修的效率，為區域站正常運轉提供保障[7-8]。

[1] 中國氣象局氣象發展規劃（2011-2015年），2011，（12）

[2] 胡玉峰．自動氣象站原理與測量方法．北京：氣象出版社，2004

[3] 北京華創升達高科技發展中心．CAWS600型自動氣象站技術及使用說明書．2002

[4] 北京華創升達高科技發展中心．CAWS600型自動氣象站維修手冊．2004

[5] 楊茂水，李樹貴．自動氣象站氣壓、溫度和風傳感器工作原理．山東氣象，2002，28（2）：48～54

[6] 王宇，羅鳳榮，周慧伏，等，區域自動氣象觀測站常見故障及解決方法以，現代農業科技，2014，23：265～267

[7] 中國氣象局，地面氣象觀測數據文件和記錄簿表格式．北京：氣象出版社，2005

[8] 孫學金，王曉蕾，李浩，等．大氣探測學．北京：氣象出版社，2009