新型自動氣象站儀器設備運行故障及日常維護

張耀春

內蒙古錫林浩特國家氣候觀象臺，內蒙古錫林浩特 026000

新型自動氣象站能夠實現對氣象資料的自動監測與處理，能夠適應現代氣象發展的需要，在氣象災害的防治工作中起著舉足輕重的作用。由于其具有使用方便、準確率高、處理時間短等特點，使得被廣泛運用于氣象預測中。以往的氣象觀測多以人工方式進行，人為因素對其觀測數據的準確性影響較大，加之需要24 h連續觀測，導致工作效率低，資料收集、天氣預測精度下降。隨著科技的發展，氣象站內各種新的自動化儀器、設備的技術水平得到了極大的提高，這也極大地提高了氣象資料的準確度和工作效率，減輕了氣象工作者的工作負擔，為氣象工作的順利進行提供了有力的保障。與此同時，高科技的儀器設備在長期的運行過程中也難免會出現故障的情況，為確保儀器設備的正常運行，必須做好日常的維護工作。

1 新型自動氣象站概況

新型自動氣象站是一種能夠對氣象觀測資料進行自動監測與儲存的設備，主要包括軟件和硬件2個系統。新型自動氣象站的硬件系統部分包括采集裝置、傳感器、外部總線和周邊裝置，采用外接總線技術對采集系統進行擴充和調整。采集機和終端電腦的串口數據通訊采用長條傳輸。新型自動氣象站系統之間存在著相互補充的關系，如果有一個部件出現問題，將會對觀測工作產生不利的影響，其在使用過程中，會發生各種各樣的故障。員工應根據這些問題的不同情況，找出問題所在，并制定相應的應對措施，保證新型自動氣象站能夠正常運行。目前，新型自動氣象站不只是停留在氣象事業中的應用，其還被廣泛運用于林業、農業、環保等各個領域，在社會生產和生活的發展和進步中扮演著重要的角色[1]。

新型自動氣象站可以實時監測各種氣象指標，如溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓、光合輻射、蒸發、土壤溫度、土壤濕度等，并可根據具體情況靈活地安排氣象要素。此外，它可以在很多自然條件下工作，通過精密的系統結構收集各種數據，具備海量的存儲能力，可以長期保存大量的氣象資料，方便統計分析不同行業的氣候變化。新型自動氣象站通常使用降雨感應器獲取降雨資料，而在感應器上方有一個傾盆器，當收集到足夠的降雨后，就會傾瀉到下方的量筒內，由設于量筒上的感應器將降雨資料轉換為電子訊號，由無線訊息傳送至資料中心進行處理。自動氣象站通常采用溫度傳感器進行溫度測量，其具有測量大氣、土壤、水等多種功能，應用范圍廣，適合于不同的環境。與傳統的小型氣象站相比，新型自動氣象站以LED顯示技術為基礎，具有時效性強、覆蓋面廣、傳輸內容靈活、可控性強、信息多樣化、預警符號顯示突出、實用性強等特點，為各類氣象預警信息的及時發布開辟了一條新的、專業化的道路。新型自動氣象站是一種在室外進行觀測的設備，在運行時，不可避免地會受到雷雨、暴風雪、烈日等自然氣候的影響。在這種惡劣的天氣條件下，安裝了一個不銹鋼的金屬支架和一個戶外的保護箱，可以保證其在惡劣的環境下正常工作。

2 新型自動氣象站儀器設備運行故障

2.1 采集器采集單元故障

閃電會使主采集盤和采集裝置受到破壞，或受到 EMI干擾，也會影響到正常的數據收集。由于采集設備的故障，往往不能將觀測到的資料上傳至電腦，造成了監測系統的不穩定，從而引發部門的氣象資料丟失和代碼混亂等問題。因此，必須對采集裝置中的通訊部件的有關參數設定進行檢驗，并對所觀測到的資料進行人工分類和處理。若采集裝置上的指示燈不正常地閃爍，而直流及交流輸入指示燈仍能正常工作，說明該采集裝置已失靈，需進行專門的維修。

2.2 氣壓傳感器故障

如果壓力傳感器的壓力值出現異常波動，則應檢測其接頭部位。另外，要注意空氣壓力傳感器的排氣口有無雜質，如果壓力傳感器出現問題，要馬上關掉，如果沒有故障，那就需要更換新的壓力傳感器[2]。

2.3 溫濕度傳感器故障

如溫度過高，則采用硬體試驗法，對其進行測量，并與實測電阻進行比較，如超過標準，應及時更換傳感器。發現有溫度示值不穩、間斷的異常、缺測等異常情況時，要檢查接線端子有沒有虛接、生銹、電線有沒有損壞、有沒有被老鼠啃過、屏蔽導線的接地等情況，如果有則應及時更換傳感器，并將松動的電線固定好。如果濕度沒有變化或者超差，那么要用萬用表測量傳感器的電源是否正常，再根據濕度檢查傳感器的輸出電壓，如果不符合，就要進行更換。檢查感應器的表面有沒有大量的污垢，如果有，請仔細擦拭灰塵并清洗濾芯。如果濕度變化不定，要檢查電線的接線是否牢固，出現松動要重新接上。

2.4 雨量傳感器故障

在地面氣象條件下，若有降雨，而降雨感應器沒有記錄，此時要對感測器進行檢測。若雨量較小，傳感器無記錄，則可能是感測器的測量準確度不夠或集水器有問題，應改善傾覆機動性；若有大量的降雨，但是沒有任何的感應記錄，應仔細檢查雨水感應器，查看是否存在障礙，并且在同一時間進行清洗。一般情況下，最容易發生阻塞的地方是小型的漏斗和排水孔。一旦這些地區被阻塞，就必然造成雨水不能流入計量桶，計量桶不能準確測量。此外，還要對翻斗車進行檢查，查看是不是因翻斗車變形而導致翻斗車不能正常轉動，造成不正常的測量；如有變形，應立即進行更換。若感應器內部無問題，應檢查訊號、導線、簧片開關、螺桿等，并確認其是否完好；如有問題，應立即進行維修。如果需要，必須進行替換，以維持雨水傳感器的工作狀態。

2.5 風向風速傳感器故障

因為風向傳感器長期處于運轉狀態，軸承會由于摩擦而產生故障，從而引起旋轉阻力的持續增大，進而造成旋轉的柔韌性不足。在對風向進行觀察時，如果一個方向或幾個方向沒有改變，就可以判定為一個方向不完整的風向傳感器。一般情況下，值班人員難以察覺到這種故障，必須仔細查看，并根據雷達、 EWIPS、地面月報表等數據進行分析。通常出現這種故障的原因是格雷碼的風向受損。對此，測報人員要及時解決。如果風杯不能正常旋轉，測報人員應先檢查風杯總成，看看是否有松動，如有松動，要立即擰緊或更換。如果出現開度過高的問題，通常是由于儀器的老化和潤滑的干燥等原因造成，相關人員應立即進行清洗和維修，或者直接更換[3]。

2.6 綜合集成硬件控制器故障

在DZZ5型自動氣象站的主采儀與值班室的通訊線路相連接后，在正常的傳輸條件下，自動臺的工作和通訊都在正常的條件下，可以初步判定該系統的集成硬件控制器有問題。此時，先關掉商業軟件，然后打開串口助手，調整一下頻率和觀察裝置的設置，然后給系統發出一個命令，如果這個命令是正確的，那就是商業軟件出現了問題。如果沒有資料傳回，則是由于綜合硬件控制器或觀察設備出現故障，必須進行維修或更換。另外，在實際工作中，光纖容易斷裂，室內外的 RT燈通常熄滅，但在不完全斷裂的情況下，燈泡仍能正常工作，這時要使用專用的測量儀器對其進行測試，如果出現問題，必須立即修理或更換。

2.7 地溫變送器故障

在新型自動氣象站的地溫傳感器中，一般都是在距離地表較淺的地溫和深度地溫傳感器之間連線的中間位置，與地表之間的間隔不少于0.5 m，并保證其具有良好的接地性能，并使采集器能夠與12個接口上的傳感器進行數據采集、計數、延時、控制電路等工作，并保證12個接口能夠正常地與采集器相連接。一般故障發生在淺部地溫采集資料上，若發現異常，可采取排除方法，先檢查電腦是否正常，若電腦無異常，再檢查地面溫度或其他外界因素，若無影響，則表示地面溫度計發生故障。此時，觀察人員需要檢查與地溫傳感器相連的電纜是否存在問題，若電纜正常，那就檢查插在地溫傳感器里的芯片，如果沒有問題，可以把1～4的地溫終端和18～21的地溫終端交換。為了檢查淺層溫度是否還存在異常，可以將標準表和溫度傳感器放入清水中，若溫度偏差大于0.5℃，則表示地溫傳感器有問題，而只要更換溫度傳感器，就能解決淺部溫度數據異常的問題。

2.8 計算機通訊故障

好的通信模塊既能保證自動氣象站穩定工作，又能極大地提高自動氣象站的監測質量。在實際觀測中，由于雷電等原因，可能會導致通信線路的故障，從而導致新型自動氣象站與計算機無法進行實時的數據通信，從而影響到觀測數據的準確性和完整性，以及氣象預報的質量。面對這一故障，觀察員應檢查電纜與電腦之間的通信方式，檢查通信方式有無異常，通信軟件的串行隔離，串行接口的設置有無異常[4]。若通訊系統的串口組態與串口隔離器均有異常，觀察員可將2個串口隔離器同時移除，并將2個端口連接，然后檢查電腦與自控臺能否進行數據通訊，若能，則表示串口隔離器已受損，重新更換串口隔離器，即可解決問題。若有問題仍未消除，應立即上報給上級部門，由專門的通訊專家對其進行檢查，并及時處理，確保電腦正常、平穩地工作，保證自動氣象站的觀測品質。

3 新型自動氣象站儀器設備的日常維護

3.1 雨量傳感器

在自動氣象站的維修保養工作中，每個月都要進行一次雨水感應器的檢查和維修，要及時清理有淤泥的地方，并檢查翻斗的彈性。自采用重力式重力傳感器以來，新型自動氣象站已能夠監測固體降雨。觀察員要定期清潔雨水感應器，清潔稱重傳感器的嘴邊緣的蜘蛛網，并把水桶里的東西清理掉，確保不會對觀測數據造成任何影響。出現暴雨時，一定要檢查水桶，以免造成測量的誤差。冬季溫度偏低，應及時加入防凍劑，避免桶內的液體結冰，并及時將桶外的雪清理干凈。

3.2 溫濕度傳感器

新式自動氣象站的溫度、濕度感應器大多安裝在離地1.5 m的百葉箱內，維修人員要定期清除百葉箱內的污垢和塵埃，保證百葉箱內部的空氣能與外界正常的交換。在有條件的情況下，需要對溫、濕度傳感器進行定期的校準，在測量結果有偏差時，應調整標有“DRY”“WET”的電位差儀。在使用感應器時，會有一些粉塵掉落在感應器上，要用小毛刷清洗，盡量不要把感應器放在有腐蝕性的有機溶劑中，這樣才不會影響到其正常的工作和使用。

3.3 采集器

采集器是自動氣象站的關鍵部件，在氣象工作中起著舉足輕重的作用。在采集器設備的日常維修中，應檢查箱體底部的出線孔是否密封，不得放置其他設備，并定期清理收集器表面的灰塵和其他雜物，確保在拔出和插上接線柱或更換新的感應器時斷開電源。

3.4 氣壓傳感器

在進行氣壓傳感器的機箱安裝工作時，應小心地開啟機箱的門，以便避免過大的氣流對壓力傳感器的工作造成影響。保證其通透，防止粉塵、雜物等堵塞壓力傳感器，從而影響到壓力傳感器的工作[5]。

3.5 綜合集成硬件控制器

為了避免由于集成式硬件控制器的光纖端口被污染而影響觀察資料的傳送，因此在平常的情況下，當有插拔光纖時，應使用脫脂棉和酒精清洗和保養。另外，要經常更換電池，加強內部的光電變換器的維修，以保證一體化的硬件控制系統的正常工作。

3.6 風傳感器

要做好對風傳感器的保養，確保風向和風帽的穩定、靈活，不會影響整個系統的運行。在遇到大風、沙塵暴、暴風雨等天氣后，應及時檢測風敏元件的指針等部位，并科學地清洗附著在零件上的雜質、污物，注意保養操作法，輥軸應在密閉、不沾塵的環境下進行加工。

3.7 地溫傳感器

新型自動氣象站儀器設備的日常維護工作，還要注意地溫傳感器的維護。尤其要注意地溫傳感器在雨季的保養，及時檢查傳感器的接頭有無問題，安裝狀態是否符合有關的規范，并確保地面平整、疏松。

新型自動氣象站是一種以綜合硬件控制器為核心的自動化監測系統，其儀器設備故障原因有很多，其中有軟硬件損壞、環境干擾等，還有一些故障是由于使用不當或維修工具不正確所致。氣象站工作人員根據本研究提出的維修建議，對設備進行維修，可大幅降低故障發生率。根據研究提出的故障診斷思想，能夠對自動站進行故障診斷，使其恢復正常運行，從而使故障持續時間大為縮短。但在實際維護工作中，由于各種原因造成的故障錯綜復雜，只有通過不斷地積累經驗，充實知識庫，才能提高自動站維護工作的效率，保證數據的連續采集與傳遞，進而提高服務質量。

4 結束語

新型自動氣象站設備儀器的正常運行對氣象監測工作而言至關重要。在具有先進科學技術支撐的新型自動氣象站設備儀器的運行過程中，難免會發生各種各樣的故障問題，影響氣象監測數據的科學性和準確性。因此，新型自動氣象站設備儀器的日常維護工作必不可少。相關工作人員必須準確認識和把握新型自動氣象站采集器、氣壓傳感器、溫濕度傳感器、雨量傳感器、風向風速傳感器、綜合集成硬件控制器、地溫變送器、計算機通訊等不同儀器設備在運行過程中出現故障的原因和現象，并采取有針對性的、科學有效的措施進行解決。在新型自動氣象站設備儀器的日常維護工作中，要確保維護工作足夠全面，真正將維護工作落到實處[6]。分析新型自動氣象站設備儀器運行的常見故障，落實設備儀器的日常維護工作，能夠為設備儀器的正常運行提供保障，助力氣象站的進一步發展，最大限度地發揮出新型自動氣象站的優勢和價值，從而為氣象事業作出更大的貢獻。