摘要：WS425型風(fēng)傳感器由于其探測原理先進(jìn)，探測精度高，能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，易于維護(hù)等特點，因此廣泛用于氣象、航空、公路、鐵路以及能源等領(lǐng)域，在我國的氣象觀測中，該型產(chǎn)品已成為標(biāo)準(zhǔn)的測風(fēng)儀器，使用非常普遍。由于該設(shè)備比較精密，采用了很多高科技的技術(shù)，因此一旦出現(xiàn)故障，維修起來比較復(fù)雜。本文通過對一次超聲風(fēng)傳感器故障維修，簡要介紹了超聲風(fēng)傳感器原理、參數(shù)設(shè)置方法及故障排除的流程，以供同行借鑒。

關(guān)鍵詞：超聲風(fēng)；傳感器；故障；分析

中圖分類號：P41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

WS425型風(fēng)傳感器由于其探測原理先進(jìn)，探測精度高，能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，易于維護(hù)等特點，因此廣泛用于氣象、航空、公路、鐵路以及能源等領(lǐng)域，在我國的氣象觀測中，該型產(chǎn)品已成為標(biāo)準(zhǔn)的測風(fēng)儀器，使用非常普遍。由于該設(shè)備比較精密，采用了很多高科技的技術(shù)，因此一旦出現(xiàn)故障，維修起來比較復(fù)雜。

1 超聲測風(fēng)原理

WS425型風(fēng)傳感器應(yīng)用超聲波探測水平風(fēng)向風(fēng)速（圖1）。測量原理基于超聲傳輸時間，超聲波從一個探頭傳送到另一個探頭所需時間與風(fēng)速及超聲通道有關(guān)。該型探測器有三個探頭，每個探頭既是發(fā)射端也是接收端，雙向測量傳輸時間，超聲波在探頭之間的實際傳輸速度在逆風(fēng)時是超聲波理論傳輸速度加風(fēng)速，而順風(fēng)時的傳輸速度則是理論傳輸速度減去風(fēng)速，零風(fēng)速發(fā)送和返回的傳輸時間相等。通過對兩種傳輸時間的測量，從而計算出通路間的風(fēng)速（圖2）。

圖1 WS425型超聲風(fēng)傳感器 圖2 超聲波探測風(fēng)速原理圖

2 技術(shù)指標(biāo)

WS425有兩種型號：標(biāo)準(zhǔn)型和加熱型兩種。WS425超聲風(fēng)傳感器工作電壓12V，加熱性的傳感探頭內(nèi)配備恒溫控制加熱器，加熱裝置需要36V電壓。風(fēng)速分辨率0.1米/秒，準(zhǔn)確度± 0.135 米/秒；風(fēng)向分辨率1°，準(zhǔn)確度±2°。其性能指標(biāo)均優(yōu)于長臂單葉風(fēng)向傳感器和三杯風(fēng)速傳感器。

3 故障發(fā)現(xiàn)

由于超聲風(fēng)傳感器利用聲學(xué)方法測量，較傳統(tǒng)有旋轉(zhuǎn)部件測風(fēng)儀器具有精度高、響應(yīng)快及故障率低等優(yōu)點，因此，在青島區(qū)域自動站中太平角、奧帆基地以及海島站等較為重要的測站都采用超聲風(fēng)傳感器。

2011年8月26日，奧帆基地自動站無數(shù)據(jù)。經(jīng)現(xiàn)場檢查，原因是市電斷路，測試備用電源電池的電壓為11伏，遠(yuǎn)低于正常值。分析原因是在無市電供給的情況下，備用電池電量殆盡，無法帶動設(shè)備工作。給自動站加市電后，溫度、濕度、氣壓等測量要素恢復(fù)，但風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)仍沒有。

4 故障分析

測量超聲風(fēng)傳感器輸入電壓 12V，說明設(shè)備供電正常。通電后，可以聽到超聲波的聲音，初步判斷超聲風(fēng)硬件無故障，故障原因可能是超聲風(fēng)傳感器斷電，造成傳感器內(nèi)部設(shè)置信息丟失。由于超聲風(fēng)傳感器直接輸出數(shù)字信號，因此可直連電腦進(jìn)行調(diào)試。

5 故障排除

對照WS425超聲風(fēng)傳感器接線（見表1），選用一根RS-232串口通訊線纜，將計算機(jī)、超聲風(fēng)傳感器與電源連接。

表1超聲風(fēng)傳感器接線

引腳信號

112伏地線

336伏地線

8信號地線

9信號輸出

10信號輸入

11正12伏

16正36伏

在計算機(jī)顯示桌面上，點擊“開始”→“程序”→“附件”→“通訊”→“超級終端”選項，建立一個“新建連接”，選擇連接選用的端口，參照表2所給的參數(shù)修改“端口設(shè)置”并確認(rèn)。

表2 RS-232接口設(shè)置

參數(shù)名稱標(biāo)準(zhǔn)值

波特率9600b

奇偶校驗N

數(shù)據(jù)位8

停止位1

數(shù)據(jù)流控制無

連接后，在超級終端界面下輸入OPEN命令，沒有任何信息輸出，說明計算機(jī)與超聲風(fēng)傳感器未建立通訊。通過更改不同的波特率，發(fā)現(xiàn)當(dāng)波特速率設(shè)置為2400b時，可進(jìn)行通信連接。用OPEN命令打開與WS425的通信鏈路，查看當(dāng)前配置信息。對照超聲風(fēng)傳感器參數(shù)信息表（見表3）。逐項進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)Average Interval （seconds） 項以及Baud Rate項數(shù)值發(fā)生變化，按照本站參數(shù)值進(jìn)行修改后，選擇菜單12，存儲當(dāng)前配置，選擇菜單14退出配置界面。輸入CLOSE命令，關(guān)掉命令模式。重新加電后，故障排除設(shè)備恢復(fù)正常。

表3 超聲風(fēng)傳感器參數(shù)信息表

序號參數(shù)設(shè)置菜單參數(shù)值本站設(shè)置參數(shù)值

1Operation Mode（風(fēng)速模式）Handar RS232

NMEA Standard

NMEA Extended

WAT11NMEA Standard

2Wind Speed Units（風(fēng)速單位）Miles/Hour

Knots

Kilometers/Hour

Meters/SecondMeters/Second

3Average Interval （seconds） （平均間隔）Select 1-9 second Average Interval

3

4Averaging Method（平均方法）Scalar VectorScalar

5Output Interval （seconds， 0 for polled） （輸出區(qū)間）Select 0 for Polled， 1-9 seconds for Self-Timed Output Rate3

6Sensor ID Character（傳感器 ID碼）Select ID A-ZA

7Wind Direction Coast Threshold （speed units） （風(fēng)向起始閾值）Select Direction Coast Threshold 0.0-9.90.0

8Head Orientation（頭部定位）Up DownUp

9Baud Rate（波特率）1200b

2400b

4800b

9600b

19200b

9600b

10Parity（奇偶校驗）None

Odd

Even

None

11Data Bits（數(shù)據(jù)位數(shù)）Select Data Bits 7 or 88

12Save Configuration（存設(shè)置）

13Do Zero Speed Calibration（零風(fēng)速校準(zhǔn)）

14Resume Operation（恢復(fù)操作）

6 結(jié)束語

WS425超聲風(fēng)傳感器雖然無轉(zhuǎn)動部件，具有抗腐蝕和防污染的特性，故障率大幅降低。但在使用過程中，由于停電或其它一些不明原因會造成設(shè)置參數(shù)的丟失，需要在維護(hù)工作中注意。

參考文獻(xiàn)

[1] VAISALA公司 VAISALA WINDCAP ULTRASONIC WIND SENSOR WS425 USER’S GUIDE [M] VAISALA

2010：31-40