DXC1型視程障礙現象儀原理及維護維修

摘 要：【目的】近年來，DXC1型視程障礙現象儀陸續布設國家級地面氣象觀測站，臺站業務人員對其了解不夠全面，需要系統性了解設備的組成結構和工作原理，并提供設備基本的維修維護方法。【方法】介紹了DXC1型視程障礙現象儀組成結構和工作原理，并結合常見數據異常情況給出具體解決流程和方法。【結果】DXC1型視程障礙現象儀是一款基于氣溶膠的光學散射特性的測量設備，通過精確測量氣溶膠樣本的光學衰減，從而自動計算出大氣中PM10、PM2.5、PM1顆粒物的質量濃度，同時結合氣象觀測的其他相關要素，智能識別視程障礙天氣現象。【結論】為后期臺站技術人員開展設備維護、維修提供指導依據。

關鍵詞：視程障礙現象儀；基本原理；常見故障；維護維修

中圖分類號：P415.1" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）04-0111-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.04.022

Principle and Maintenance of DXC1-type Visual Range Obstacle

Phenomenon Instrument

ZHANG Hao1 RAN Tianzi1 YU Xi1 SHEN Yuliang2

（1. Jieshou Meteorological Bureau， Jieshou 236500，China; 2. Anhui Provincial Atmospheric Detection

Technology Assurance Center， Hefei 230031，China）

Abstract：[Purposes] In recent years， the DXC1-type visual range obstacle phenomenon instrument has been successively deployed in national ground meteorological observation stations， but the operational personnel of the stations do not have a comprehensive knowledge of its structure， principle and common maintenance . Therefore， it is necessary to systematically explain the structure and working principle of the instrument， and provide the personnel with the basic maintenance methods of the instrument.[Methods] This paper briefly introduces the composition structure and working principle of DXC1-type visual range obstacle phenomenon instrument， and also gives the specific solution process and method in combination with common data anomalies.[Findings] The DXC1-type visual range obstacle phenomenon instrument is a measurement device based on the optical scattering characteristics of aerosols. Through the accurate measurement of the optical attenuation of aerosol samples， this instrument can automatically calculate the mass concentration of PM10， PM2.5， PM1 particles in the atmosphere， and at the same time， combined with the meteorological observation of other relevant elements， it can identify the visual range obstacle weather phenomenon in an intelligent way." [Conclusions] This paper provides guidance for station technicians to carry out equipment maintenance and repair at a later stage.

Keywords： visual range obstacle phenomenon instrument; basic principle; common faults; maintenance and repair

0 引言

視程障礙是指在一定的氣象條件下，由于大氣中懸浮的顆粒物質，光線在傳播過程中發生散射、吸收等現象，使得能見度降低的天氣現象，包括霧、輕霧、霾等［1］。

近年來，由于城鎮化進程加快，大氣氣溶膠污染日趨嚴重，視程障礙天氣現象出現頻繁，對人民的日常生活和交通出行等帶來不便［2］。與此同時，隨著氣象業務自動化改革工作的持續推進，對視程障礙的觀測由開始的人工觀測逐漸轉為自動觀測。自動觀測由不同的氣象監測要素按照技術規定進行綜合判識［3-4］。按照國務院氣象主管機構統一布局，視程障礙現象觀測項目包括霧、輕霧、霾、沙塵暴、揚沙、浮塵6種，相關標準文件［5-7］給出了這6種視程障礙現象的判定依據，除了霧和輕霧以外，其余4種視程障礙現象均需要借助空氣中實時顆粒物（PM10和PM2.5）質量濃度數據進行綜合判識［8］。

隨著氣象現代化建設的不斷完善，DXC1型視程障礙現象儀已陸續布設國家級地面氣象觀測站并正式業務化運行。該設備利用氣溶膠的光散射特性，自動測量計算大氣顆粒物質量濃度數據［9］，并結合其他氣象觀測要素，采用氣溶膠綜合判識方法對視程障礙現象進行綜合判識，以提升觀測數據的準確性。

1 組成結構

DXC1型視程障礙現象儀由進氣、測量與控制、輔助測量、流量控制、數據處理和傳輸和供電等多個單元組成［10］。

1.1 進氣單元

負責采集大氣樣本，為后續的測量提供氣溶膠。進氣單元主要包括防雨帽、切割器、進氣管路和動態除濕裝置等組成。切割器主要實現大小粒子分離，通過離心作用，將大粒子沉降，小粒子隨氣流分離出來。除濕裝置采用動態加熱系統，通過溫濕度傳感器監測環境溫濕度變化，根據動態加熱算法調節加熱模塊加熱功率，降低環境對采樣的影響。

1.2 測量與控制單元

此單元為設備核心部分，用于精確完成樣本測量，由顆粒物數譜傳感器、信號采集與處理和控制等多模塊組成。顆粒物數譜傳感器利用氣溶膠光學散射特性可以識別顆粒物粒徑，準確測量顆粒物質量濃度。

1.3 輔助測量單元

負責提供其他相關氣象要素測量，完成視程障礙現象的綜合判識，由溫度、相對濕度和氣壓傳感器等組成。

1.4 流量控制單元

用于確保氣溶膠樣本流量穩定，由泵、流量計和流量控制器等組成。電子流量計實時采集管路內的流量，實現抽氣泵的動態調節，使流量值保持基本穩定。

1.5 數據處理和傳輸單元

負責數據處理和傳輸，由數據采集、處理、存儲和傳輸等多個模塊組成。主要對顆粒物質量濃度數據進行處理和存儲，并通過串口連接方式，將數據傳輸至綜合集成硬件控制器［11］，后由業務終端結合氣象觀測的其他相關要素完成視程障礙現象的綜合判識。

1.6 供電單元

為整套設備提供運行所需的電源，由交直流轉換模塊和穩壓模塊等組成。主要功能是實現220 V交流到12 V直流的轉換。

2 工作原理及流程

激光散射法的原理是基于紅外光源照射顆粒物時產生的散射現象，其中散射強度與顆粒物直徑具有相關性，通過檢測散射信號可以統計顆粒物的數量濃度，并通過換算公式和標定手段轉換為質量濃度［12］。DXC1型視程障礙現象儀基于激光散射原理，利用氣溶膠的光學散射特性，自動采集大氣中的氣溶膠樣本，并在除濕處理后送入激光測量室。通過激光照射，生成散射光被接收器接收。通過分析接收到的光信號的頻率和強度，儀器測定顆粒物的數量和大小，進而通過密度校正計算出顆粒物的質量濃度。結合同步測量的能見度、相對濕度、風速等氣象數據，儀器能夠對視程障礙現象進行判別。DXC1型視程障礙現象儀工作流程如圖1所示。

3 設備維護

DXC1型視程障礙現象儀的維護工作主要包括日常維護和易耗品更換等。

3.1 日常維護

①每日應通過檢查觀測數據是否正常，判斷設備是否正常工作。

②按照觀測場周、月維護工作要求，每月至少對設備進行1至2次全面巡查，包括塵路采樣總成清理和氣路檢查等，開展維護工作需在值班日志中詳細記錄。

③塵路采樣總成清理主要指對采樣帽、切割器采樣管連接處等聚集和殘留的塵灰進行清理。管路清理時可使用吹風的模式進行。

④定期開展氣路檢查，確保氣路連接正常并通暢，應按照氣路流向的順序。首先檢查從采樣口到電磁閥的部分，其次是電磁閥至傳感器的連接，再次是濾芯至電磁閥的路徑，之后是傳感器到流量控制模塊之間的管路，最后是流量控制模塊至排氣口的部分。

3.2 易耗品更換

設備中的過濾芯屬于易耗品，過濾芯的更換與清理視設備運行現場情況而定，環境良好一般可保持長期工作運行。建議每月定期檢查，當發現明顯污染，無法較好地達到過濾目的時，應及時更換。更換過濾芯時，需打開設備前門，向上提拉設備面板把手，使之呈水平態漏出過濾芯，拔掉連接硅膠軟管后，過濾芯可直接從固定夾中取出并進行更換。

4 故障維修

DXC1型視程障礙現象儀正式業務運行后，設備運行狀態和觀測數據可直接通過業務終端進行監測，通過現場排查和觀測數據分析可以快速判斷設備出現的故障單元。故障類型總體可分為數據缺測和數據異常兩種。

4.1 數據缺測

設備正常業務運行時，業務終端上顯示設備運行狀態為綠色，異常則為紅色，設備對應掛接的com口正常時顯示為CRW，異常時為C-W，當設備異常或故障時會導致數據缺測，一般有以下可能：

①電源故障。若在業務終端中其他新型設備均顯示正常時，則初步判斷綜合集成硬件控制器正常，觀測場總配電正常，需檢查設備自身電源是否正常。檢查電源指示燈，正常為亮，異常為滅；觀察故障燈，故障時亮，正常時不亮。通過直接觀測初步判斷是否因供電導致設備運行異常。

②通信故障。DXC1型視程障礙現象儀通過通信線連接至綜合集成硬件控制器，采用RS-232或RS-485通信方式，后由綜合集成硬件控制器將數據輸出至業務終端。故障排除時應觀察各類通信指示燈情況，其中若設備數據采集故障，觀察采樣指示燈，正常常亮，異常關閉；若采樣正常設備通信故障，觀察通信指示燈，通信時點亮，其他時間關閉。

③硬件集成控制器異常。若設備顯示通信等狀態均正常，可借助筆記本及串口軟件等工具現場讀取設備數據，若能正常讀取，則判斷為通信線或硬件集成控制器等后端設備出現異常，通過排查控制器port口參數和工作方式等，繼續開展維修工作。

4.2 數據異常

數據異常主要包括質量濃度數據顯示為0和數據顯示過大，其故障處理流程如圖2、圖3所示。

當輸出數據為0時，可能有管線連接異常氣路不通、無流量或傳感器故障等幾種情況，針對問題原因，可以依次進行排查。

首先，判斷管路連接是否異常，氣路是否通暢，可參照日常維護工作中氣路檢查的維護方法。其次，確認流量是否存在，查看采樣泵是否工作異常。如需對采樣泵進行拆卸或組裝，應注意硅膠軟管和通信線連接是否正常。設備的正常業務運行流量應設置為2 L/min，若流量設定異常，可以在標校工作完成后使用命令進行調試。最后，判斷傳感器是否出現故障，及時更換新傳感器。若需更換新傳感器，應關閉設備電源，斷開通信連接和氣路連接后，進行更換，重新連接后，若數據恢復正常，則為傳感器故障導致。

當輸出數據過大時，可能是由于切割器或管路積灰、泵失速、轉速過高或傳感器損壞或性能下降等原因造成，針對問題原因，可以依次排查。

首先，判斷切割器或管路是否積灰，檢查并清理切割器和采樣管路中積灰，可以使用吹風的模式對灰塵進行清理。其次，判斷泵的工作情況，是否出現失速從而導致轉速過高。若出現泵轉速過高的情況，可能由于管路或緩沖瓶出現堵塞，應分別對管路和緩沖瓶的進氣口處進行檢查，若堵塞應及時疏通。最后，判斷傳感器是否損壞或性能下降導致數據異常，重新標校傳感器或更換新傳感器，如果數據恢復正常，則為傳感器異常導致。

5 結語

DXC1型視程障礙現象儀在地面氣象觀測業務中彌補了顆粒物濃度數據的監測，提升了視程障礙現象的判別，進一步加強氣象部門在環保、交通等方面的氣象服務能力，為氣象高質量發展提供保障。本研究從設備結構組成、工作原理和工作流程等方面進行全面介紹；并結合工作實際，對于業務運行中可能出現的問題給出具體解決流程及方法，為保證設備運行穩定和數據傳輸準確，切實提高氣象觀測業務質量提供參考。

參考文獻：

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