便攜式自動站故障檢測儀的研制

郭宗凱，郭飛，劉旭，左壯

摘要：從遼寧省自動氣象站故障排查實際需求出發，研制出便攜式自動站故障檢測儀。該儀器具備溫、濕、壓、風、雨傳感器接入口，對氣象觀測數據進行數據質量控制分析，判斷數據是否存在錯誤、異常或丟失，推斷出自動站傳感器運行狀態是否正常。便攜式自動站故障檢測儀在維修過程中，能夠快速定位故障節點，切實有效提高氣象裝備保障工作效率。

關鍵詞：研制；便攜；故障；檢測儀

中圖分類號： P415 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.04.040

近些年，遼寧省大批自動氣象站已投入使用，建設的自動站（包括國家級站、區域站、交通站、山洪站等）已超過1500套。設備數量不斷的快速增長，但維護人員數量和水平基本維持不變，而設備維護手段又簡單落后。所以，研制出一套符合遼寧省自動站維護保障的硬件設備勢在必行。

1 故障檢測儀研制背景

目前，國內氣象部門并沒有一套針對自動站故障檢測的專用設備，導致氣象裝備保障人員在進行自動站設備維修時，無法快速定位故障節點，從而浪費大量的寶貴時間，造成觀測數據長時間處于缺測狀態。在這樣的背景下，便攜式自動站故障檢測儀的研制，能夠有效幫助裝備保障人員提高維修效率，其小巧輕便并且能夠迅速找到故障原因，縮短觀測數據丟失時間，有利于保障自動站長期穩定運行，在氣象防災、減災服務中起到了重要的作用。

目前，遼寧省并沒有一套針對自動站故障檢測的專用設備，本文總結出自動站故障檢測方法，通過對觀測數據的質量分析，各觀測數據預先設定范圍，判斷自動站傳感器運行的狀態，縮小排查自動站故障范圍。打破傳統自動站維修的傳統方法與模式，運用科學技術手段，自主設計研發出便攜式自動站故障檢測儀器。

2 設備研發的主要內容

2.1 設備功能

便攜式自動站故障檢測儀帶有溫度（包括地溫）、濕度、氣壓、風向、風速、雨量傳感器的接口，根據國家統一標準儀器內置數據質控控制模塊和預先設定觀測數據極值，通過顯示器實時回顯觀測數據，判斷傳感器是否正常工作。

2.2 傳感器測試

傳感器測試方法：測量傳感器的輸出信號，通過儀器內質控模塊和數據極值進行分析及處理，結合臺站的歷史數據進行比較，從而判斷設備是否正常運行。便攜式自動站故障檢測儀支持的測量信號包括溫度電阻信號、濕度電壓信號、氣壓電壓信號、風向格雷碼信號、風速頻率信號、雨量開關信號、地溫電阻信號。

3 系統整體結構

3.1 系統物理結構組成

該儀器由中央控制板和傳感器信號接收模塊組成。中央控制板是整個系統的核心，主要包括微處理器單元、數據處理單元、數字信號實時顯示單元、數據質量控制單元、外部接口單元、電源單元等。該儀器能夠使溫度電阻信號、濕度電壓信號、氣壓電壓信號、風向格雷碼信號、風速頻率信號、雨量脈沖信號轉換成數字信號直觀進行顯示。

3.2 系統主要性能

便攜儀自動站故障檢測儀核心功能主要是由溫度、濕度、氣壓、風向、風速、雨量數據接收模塊組成的，針對這6個數據通道的連續測量，需要分別對這6個氣象要素進行數據實時測量和質量控制，數據計算及顯示，測量和計算的時間間隔也各不相同，因此在軟件設計結構上采用分時間段分別檢測的設計思想。

4 儀器研發

該儀器設計初衷完全從自動站故障檢測實際需求出發，設計出能夠準確、及時判斷出自動站故障發生具體位置的檢測儀器。該儀器檢測要素包括：風向、風速、雨量、溫度（含地溫）、濕度、氣壓等常規觀測要素。對于裝備維修保障人員來說，該儀器在維修自動站過程中，小巧輕便，對于自動站各類故障能夠進行快速響應，進行故障排查，有效的提高全省自動站數據到報率和及時率，保障自動站長期穩定運行。

5 產生的效益

目前，遼寧省自動站傳統維修模式主要依靠多年的維修經驗，根據故障發生的現象，主觀判斷自動站的故障具體位置，進行設備更換，更換后自動站如果運行正常，說明更換下來的設備有故障，需要返回進行維修，一旦問題沒有得到解決，就只能逐一替換設備，直到自動站重新正常運行。期間浪費大量寶貴時間，造成自動站缺失整點數據。

便攜式自動站故障檢測儀成功研制，依靠科學手段推斷出自動站發生故障具體位置。對于裝備維修保障人員來說，該儀器在維修自動站過程中，便于隨身攜帶，并且能夠快速定位故障節點，進行故障排查，有效地提高維修工作及時率和有效率。

6 結語

氣象裝備維修保障人員在自動站維修工程中，使用便攜式自動站故障檢測儀可以便捷進行使用與操作，從而判斷傳感器工作是否正常。如果設備工作正常，進行下一步問題處理，檢查信號線和采集器是否存在異常情況，這樣就大大縮短故障處理時間，重點解決了在傳統維修過程中不能準確判斷傳感器是否正常而進行盲目的更換備件，從而浪費大量寶貴時間，也造成數據長時間的缺測。

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作者簡介：郭宗凱，碩士，工程師，研究方向：綜合氣象觀測。