崔 煒

(北京市氣象探測(cè)中心，北京 100176)

負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀安裝與維修技術(shù)要領(lǐng)

崔 煒

(北京市氣象探測(cè)中心，北京 100176)

大氣負(fù)離子濃度是環(huán)境、氣象、林業(yè)監(jiān)測(cè)的要素之一。結(jié)合大氣負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀的原理和系統(tǒng)組成，對(duì)維護(hù)維修技術(shù)進(jìn)行了探討，并列舉了常見故障及相應(yīng)的維修方法。

負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀；安裝；維修

為了適應(yīng)生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、旅游資源開發(fā)和人們生活水平提高的需求，環(huán)境氣象業(yè)務(wù)服務(wù)迅速發(fā)展，大氣負(fù)離子的監(jiān)測(cè)也成為氣象監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。目前，全國(guó)各地氣象部門都在大力發(fā)展大氣負(fù)離子監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，提高儀器設(shè)備的安裝和維護(hù)維修水平成為氣象觀測(cè)工作的重要內(nèi)容。

1 負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀的原理和系統(tǒng)組成

1.1 原理

大氣負(fù)離子監(jiān)測(cè)是基于電容吸入式測(cè)量原理，即在一定的時(shí)間內(nèi)讓一定體積的空氣經(jīng)過采集器，在采集器中有一對(duì)類似于電容的極板，一個(gè)極板加載正電壓(正離子測(cè)量)或負(fù)電壓(負(fù)離子測(cè)量)，另一個(gè)極板做采集板，離子經(jīng)過時(shí)，由于電場(chǎng)的作用，大于儀器所設(shè)計(jì)的遷移率的離子被“推”到采集板上，形成電流，再經(jīng)過電流的放大處理，得到離子數(shù)量，再與這段時(shí)間吸入空氣的體積等經(jīng)過一系列的計(jì)算，得出負(fù)離子濃度值。

1.2 系統(tǒng)組成

負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀由傳感器、采集器、外圍設(shè)備組成。傳感器又稱采集桶、采集筒，極化板(或稱偏壓板)，為傳感器主要構(gòu)成部分，極化板上加載定量的極化電壓，再讓被測(cè)空氣按設(shè)定速度勻速通過傳感器，空氣中特定的小粒徑負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，被采集板所捕獲，獲得原始參量。采集器是大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)的核心，將采集器的負(fù)離子負(fù)電荷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成負(fù)離子的電荷濃度值，由硬件和嵌入式軟件組成。硬件包含高精度電信號(hào)放大器(電荷放大器)、高性能微處理器、高準(zhǔn)確度 A/D 電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、傳感器接口、數(shù)據(jù)接口、監(jiān)測(cè)電路和指示燈等。外圍設(shè)備主要包括電源、通信模塊、計(jì)算機(jī)(含軟件)等[1-2]。

2 安裝技術(shù)要求

大氣負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀采用高精度電子元器件，自動(dòng)化程度較高，又安裝在野外，因此，為了確保設(shè)備的安全和觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，其安裝環(huán)境和方法應(yīng)充分考慮以下幾個(gè)問題。

(1)儀器下方及四周應(yīng)無(wú)高大植被，宜低矮植被，以減少植被的遮擋而影響數(shù)據(jù)的代表性[3]。(2)附近應(yīng)無(wú)干擾源。如無(wú)線發(fā)射塔、空調(diào)室外機(jī)、金屬隔離網(wǎng)等，以減少可能導(dǎo)致測(cè)量值出現(xiàn)偏差的因素。(3)注意機(jī)箱安裝方向的選擇。除按標(biāo)準(zhǔn)方式安裝外，為保持進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的風(fēng)速一致，避免采集筒內(nèi)形成干擾風(fēng)，造成測(cè)量值偏差，機(jī)箱門應(yīng)朝向常年風(fēng)向的逆時(shí)針90°。(4)具有交流電供電。為保證設(shè)備正常、連續(xù)可靠工作，最好使用交流電源為設(shè)備供電，電源務(wù)必通過雙路單相防漏電空氣開關(guān)和防雷插座后再連到大氣負(fù)離子自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的外接交流電源端。(5)良好的接地。負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀內(nèi)置防雷功能；自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的外殼和外箱必須具有良好的接地，故安裝地點(diǎn)應(yīng)具備避雷針及防雷級(jí)的接地線。

3 維護(hù)的幾個(gè)原則

(1)選擇適宜的維護(hù)時(shí)間。由于站點(diǎn)環(huán)境不同，影響設(shè)備正常運(yùn)行的因素也不同，應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)及站點(diǎn)位置設(shè)定維護(hù)時(shí)間，同時(shí)加強(qiáng)數(shù)據(jù)監(jiān)控，適當(dāng)增加設(shè)備臨時(shí)性維護(hù)。

(2)負(fù)離子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)維護(hù)。主要進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)采集桶內(nèi)的清潔清理工作，即及時(shí)清理采集桶內(nèi)極板之間的灰塵、蛛網(wǎng)、柳絮等，保持采集桶內(nèi)的清潔，防止數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤。維護(hù)時(shí)可用試管刷或細(xì)長(zhǎng)橡膠棒清理采集桶內(nèi)極板之間的雜物，同時(shí)可以使用電子設(shè)備專用清潔劑對(duì)采集桶進(jìn)行清潔[4-5]。

(3)負(fù)離子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)機(jī)箱維護(hù)。主要保持機(jī)箱內(nèi)清潔，及時(shí)清理積灰等其他雜物，通風(fēng)口處清除蛛網(wǎng)，樹葉等雜物。

(4)將儀器搬入室內(nèi)較干燥的環(huán)境中進(jìn)行維護(hù)，一般不宜加電，維護(hù)人員需要保持雙手的干燥。

4 常見故障維修

由于設(shè)備長(zhǎng)期處于野外工作，故障現(xiàn)象多變，原因復(fù)雜?，F(xiàn)結(jié)合工作中的故障案例進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。

案例1 故障現(xiàn)象：數(shù)據(jù)在日間正常，夜間出現(xiàn)偏差或明顯錯(cuò)誤數(shù)值。

故障原因及解決方法:采集桶內(nèi)有蛛網(wǎng)、柳絮等雜物。解決故障首先應(yīng)關(guān)閉電源，用試管刷或小橡膠棒等工具，將采集筒內(nèi)極板之間的蛛網(wǎng)、柳絮等清除掉，觀察有無(wú)殘留的蜘蛛絲，然后用電子設(shè)備專用清潔劑清洗采集筒。

案例2 故障現(xiàn)象：連續(xù)出現(xiàn)多組相同數(shù)據(jù)。

故障原因及解決方法:采集桶內(nèi)有蛛網(wǎng)、柳絮等雜物。清潔方法同上,重新啟動(dòng)儀器，觀察顯示屏，在準(zhǔn)備校零的時(shí)候數(shù)字為250 000左右，若故障仍然存在，應(yīng)聯(lián)系廠家判斷是否是放大器故障，并更換放大器。

案例3 故障現(xiàn)象：接收到的數(shù)據(jù)極小，接近于0。

故障原因及解決方法:可能為采集筒風(fēng)扇故障，或采集筒內(nèi)有蛛網(wǎng)、柳絮等雜物造成。除上述方法對(duì)采集桶及機(jī)箱進(jìn)行清潔外，檢查設(shè)備風(fēng)扇開關(guān)是否打開，若風(fēng)扇故障，應(yīng)進(jìn)行更換。

案例4 故障現(xiàn)象：無(wú)法接收數(shù)據(jù)，中心站軟件顯示設(shè)備離線或通訊時(shí)斷時(shí)續(xù)，無(wú)法遠(yuǎn)程獲取設(shè)備狀態(tài)。

故障原因及解決方法:一種情況是因?yàn)樵O(shè)備無(wú)供電，解決時(shí)需要確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)供電情況，檢查供電線路是否正常，從而恢復(fù)供電；另一種情況為通訊模塊故障，更換故障通訊模塊即可解決；還有一種情況為通訊天線故障，通過更換通訊天線來(lái)解決；最后一種情況為通訊無(wú)信號(hào)故障，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，必要時(shí)聯(lián)系通信公司進(jìn)行基站修復(fù)。

5 小結(jié)

由于大氣負(fù)離子可以反應(yīng)一個(gè)地區(qū)空氣質(zhì)量狀況，氣象、環(huán)保、旅游部門運(yùn)用大氣負(fù)氧離子濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行城市和景區(qū)的生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)社會(huì)意義。目前中國(guó)氣象局已經(jīng)將大氣負(fù)離子監(jiān)測(cè)作為基本業(yè)務(wù)，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)提出了質(zhì)量要求，因此，不斷研究和總結(jié)負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀的使用方法和維護(hù)維修技術(shù)，對(duì)完善觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行保障業(yè)務(wù)具有積極作用。

[1] 鄔昀.湖北省空氣負(fù)離子濃度時(shí)空分布特征及其與氣象要素的關(guān)系[J].氣象水文海洋儀器,2016,33(4):68-72.

[2] 鄔昀.“電容式吸入法”空氣負(fù)離子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理及典型故障分析[J].氣象水文海洋儀器,2015,32(2):99-102.

[3] 郭云鶴，王咸鐘，張凱，等.西安城市公園空氣負(fù)離子濃度變化[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2015，28(1):35-37.

[4] 李偉,王經(jīng)業(yè),陸勇,等.大氣負(fù)離子自動(dòng)測(cè)報(bào)儀的研制[J].氣象科技,2008,36(6):834-836.

[5] 中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司.大氣負(fù)離子自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)功能規(guī)格需求書[Z].北京：中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司，2016.

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崔煒.負(fù)離子監(jiān)測(cè)儀安裝與維修技術(shù)要領(lǐng)[J].陜西氣象，2017(6)：45-46.

1006-4354(2017)06-0045-02

2017-09-17

崔煒(1989—)，男，漢族，陜西西安人，學(xué)士，助理工程師，主要從事氣象探測(cè)裝備技術(shù)保障、氣象探測(cè)數(shù)據(jù)處理及軟件開發(fā)工作。