DNQ1型前向散射式能見度儀故障排查與處理

張曉磊

（興安盟氣象局 內蒙古，烏蘭浩特 137400）

DNQ1 型前向散射式能見度儀（以下簡稱“能見度儀”）在DZZ5自動站廣泛使用，本文針對內蒙古地區的能見度儀安裝情況及故障情況，總結形成完整的排查方法，為臺站保障人員在設備保障中提供參考，提升維護維修效率，進一步提高的技術保障能力。

1 能見度儀探測原理

DNQ1型前向散射式能見度儀是一種光學傳感器，使用前向散射測量原理測量能見度。能見度儀的核心部件包括發射器、接收器、控制板和內部連接電纜等。發射器由紅外發光管產生紅外光，通過鏡頭在大氣中形成接近平行的光柱。接收器將采樣區內大氣特定方向的前向散射光匯集到光電傳感器接收面上，并將其轉換為與大氣能見度成反比關系的電信號。此信號經處理后送至控制器的數據采集板，經CPU 取樣和計算得到采樣區內大氣特定方向的前向散射光的強度值，由此計算得到大氣能見度值，見圖1。

圖1 能見度儀光學原理圖

2 能見度儀結構

能見度儀由能見度傳感器、供電系統、HY1105 數據采集器（選配）、傳感器線纜、通訊線纜、安裝結構件及附件等組成。

目前臺站能見度儀接線方式有兩種（圖2），一種為供電系統安裝于主采集機箱，能見度傳感器的線纜連接到主采集器機箱，共用主采集器箱內的蓄電池，信號輸出連接到主采集器的接口；另一種為能見度傳感器立桿配有機箱，機箱內部安裝HY1105數據采集器、供電系統、接線排等部件，能見度傳感器的線纜連接到此機箱的接線排，接線排的另一端連接通信線纜將信號輸出到主采集器的接口；兩種形式都是通信電纜接入DZZ5自動站主采集器的RS232-4接口。

圖2 能見度儀兩種方式連線圖

3 故障現象與排查

能見度的常見故障現象主要有兩種情況，一種是能見度數值缺測；另一種是能見度數值異常。

3.1 能見度數值缺測

故障判斷流程：先檢測供電系統是否正常，若正常，則判斷能見度傳感器是否正常；若能見度傳感器運行狀態和觀測數據正常，則檢測到主采集器間的通訊線纜是否正常；若通訊線纜正常則檢測主采集器的參數配置和采集數據是否正常。

3.1.1 檢測能見度的供電系統是否正常工作 供電系統由空氣開關、交流防雷模塊、電源轉換模塊、HY2104升壓模塊、交流變壓器、直流開關、12 V蓄電池、保險管等部件組成。AC220 V市電輸入電源箱后被分成兩路：一路經電源轉換模塊轉變為DC13.8V電源，給蓄電池充電、采集器和升壓模塊供電。HY2104 升壓模塊又將DC13.8 V升壓至DC24V給能見度傳感器供電。另一路經交流變壓器（24 V100 W）變壓為AC24 V 電源，為能見度傳感器提供加熱用電。當AC220 V 市電輸入中斷時，則由蓄電池作為電源供電（圖3）。

圖3 能見度儀供電單元接線圖

供電系統依據供電線路的結構，對輸入電壓、輸出電壓值等各個節點依次測量，進而分段判定故障并解決。常見的故障有線路故障，主要為斷路、短路、虛接；硬件故障，若空氣開關、電源轉換模塊。

（1）首先用萬用表對交流供電檢查，用萬用表交流檔測量空氣開關輸入端，測量電壓應在AC220V±20%范圍內，否則檢查市電輸入線路、UPS，排除故障。空氣開關合閘后，空氣開關兩端、電源轉換模塊輸入端電壓值應相同，否則空氣開關故障或空氣開關輸出端到電源轉換模塊輸入端電纜故障。

（2）若正常后測量直流電壓，可以用萬用表的黑表筆接電源轉換模塊的“-”點上不動，紅表筆依次測量電源轉換模塊的“+”、刀片開關的兩側、保險管的兩側、HY2104的輸入端是否為11-14 V之間，若哪個節點不正常則上個節點到此節點的這一段有故障進行維修線路或設備，保險管燒壞主要原因為線路短路，需斷開刀片開關，檢修線路和更換保險管后再合上刀片開關；若正常再依次測量HY2104電源轉換器的24VDC輸出是否24V左右，若不正常則HY2104 故障，需更換；接線排的供電線路間是否24V，若否則檢查線路。

3.1.2 判斷能見度傳感器是否正常工作 首先對傳感器的外觀檢查有無破損、硬傷情況。通過軟件命令響應信息判斷傳感器狀態，將能見度傳感器RS232 信號線（綠-TX、黃-RX、灰-GND）與計算機串口連接好后，正確設置通信參數（出廠設置為9600 E 7 1，若已更改則按實際設置），運行串口調試軟件或超級終端軟件。傳感器上電后，軟件回顯窗顯示“VAISALA PWD50 V 2.05 2012-03-27 SN:M0220406”（示例）。若返回錯誤或不可識別字符，說明通信參數設置錯誤，嘗試更改其他通信參數連接（圖4）。

圖4 計算機與能見度傳感器的連接示意圖

輸入OPEN↙命令（↙為回車符，下同）開啟調試模式，返回信息“PWD OPENED FOR OPERATOR COMMANDS”。再輸入STA↙，內置系統測試命令，測試結果作為狀態信息，常用來判斷傳感器故障原因。狀態信息中HARDWARE 項返回為“OK”時，表示傳感器正常(圖5），若信息末尾顯示一列或多條警告、報警信息，需按提示信息進行更換或維護傳感器。

圖5 能見度傳感器的狀態信息

3.1.3 若確認能見度傳感器正常，接著檢測能見度通信線纜 斷開通訊線纜兩端連接，用萬用表“蜂鳴檔”測量兩兩芯線間電阻應為無窮大，否則電纜存在短路故障；在線纜一端兩兩短接芯線，在另一端測量對應一組芯線應有“蜂鳴”聲，否則電纜有斷路故障。也可以用備用通信線纜更換，若更換后采集器能采集到當前的能見度值，進一步確認通信線纜損壞。

3.1.4 檢查業務軟件的參數設置、主采集器的能見度采集通道是否正常工作 （1）參數檢查。確認ISOS軟件的參數設置中是否掛接能見度傳感器，確認主采集器中是否啟用了能見度。ISOS 的串口助手界面輸入SENST_VI，若返回值為1，表示開啟；返回0 表示關閉則再次輸入SENST_VI_1。RS232-4 的工作模式設置是否正常，輸入VISITYPE，若返回值為0則設置正確，若不為0則更改輸入命令VISITYPE_0。（2）參數配置正常，則檢查主采集器的RS232-4 通道是否正常，此通道空閑狀態情況下電氣特性為Tx為-5.4V，測量Tx的電壓是否為-5.4V左右，若否需更換采集器；也可以替換采集器來判斷采集器是否故障。

3.2 能見度數值異常

能見度數值異常，觀測數據與實際情況相比偏高或偏低，或觀測數據為固定值。引起此故障的原因可能有：干擾源排查：光學取樣區有無障礙物，接收光路中有無干擾光源；附近有無污染源。

鏡頭過度污染，缺少維護，如鏡頭被灰塵、污泥覆蓋。用異丙醇潤濕無絨軟布后擦拭鏡頭，注意不要刮傷鏡頭表面。

對傳感器的朝向、護罩檢查：檢查接收器朝向，如變化須調整復位；當外力或機械性損傷改變或削弱了光學測量路徑（即接收器或變送器護罩或者支撐接收器或變送器的橫臂產生形變）時，則必須更換傳感器。傳感器排查：外觀檢查無破損、硬傷情況。通過軟件命令響應信息判斷傳感器狀態，若故障則更換傳感器。

4 結論

從能見度傳感器的運行主要故障情況，對傳感器的安裝連接進行說明，從能見度數值缺測和能見度數值超差兩個方面入手，系統地對能見度傳感器故障進行檢測。通過檢測能見度供電系統、能見度傳感器、通信線纜和采集器，逐步排查能見度傳感器故障點，形成一套系統的排查方法，為技術人員在維修能見度傳感器中提供參考，提高故障排除的準確性，加快維修效率，進一步提高自動氣象站設備的技術保障能力。