李柄銳　李萬友

摘 要：自動氣象站風(fēng)傳感器大多安裝在傾倒式風(fēng)桿上，風(fēng)傳感器的安裝需要在風(fēng)桿傾倒?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行，而風(fēng)傳感器定位指的是風(fēng)向傳感器指北針的定位，因地形影響， 新建自動站受場限制，風(fēng)桿傾倒方向不可能正好是北、東、南、西這4個特殊方位，而是任意角度，此時，風(fēng)向傳感器指北針的定位，一般采取多次倒、立風(fēng)桿來不斷修正指北針方位的方法，費時又費力，而且誤差很難控制在規(guī)定范圍內(nèi)。筆者針對這種定位方法的不足，總結(jié)了一套快速、精確的定位方法，操作方便，省時省力，供相關(guān)技術(shù)人員在實際安裝過程中借鑒。

關(guān)鍵詞：傾倒式風(fēng)桿 風(fēng)向傳感器指北針 快速精確定位

中圖分類號：P415.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（c）-0039-03

大多數(shù)自動氣象站風(fēng)傳感器是安裝在傾倒式風(fēng)桿上，安裝時，風(fēng)桿都是處于傾倒?fàn)顟B(tài)，風(fēng)向傳感器指北針定位是否準(zhǔn)確？直接影響風(fēng)向觀測數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確？如何快速精確定位風(fēng)向傳感器指北針？為了便于理解，該文以ZQZ-TF風(fēng)傳感器為例，首先，闡述風(fēng)桿豎立狀態(tài)下風(fēng)向傳感器指北針與其他部件位置關(guān)系；其次，介紹如何確定風(fēng)桿傾倒后風(fēng)向傳感器指北針定位基準(zhǔn)面；最后，歸納定位方法。

1 風(fēng)桿直立狀態(tài)

1.1 各部件位置關(guān)系

指北針固定在風(fēng)向傳感器上面，風(fēng)向、風(fēng)速傳感器固定在風(fēng)橫臂上面，風(fēng)橫臂固定在風(fēng)桿上面，風(fēng)桿固定在風(fēng)桿固定架上，風(fēng)桿固定架用混凝土澆注在觀測場地基里面（見圖1）。

1.2 各部件之間角度

風(fēng)桿固定架和風(fēng)桿垂直于地面，風(fēng)向傳感器指北針指向正北方向并與風(fēng)橫臂平行。線段m表示指北針中軸線，線段n表示風(fēng)桿中軸線，線段l過A點與弧面a相切，線段m、n、l相交于A點，a代表風(fēng)桿中軸線（地面到A點這段）隨風(fēng)桿倒伏時所形成的弧面，β表示過m垂直于地面的立面（見圖2）。

用立體幾何方法表示上述線面之間的位置關(guān)系：m∈β，n∈β，n∈a，l∈a，l⊥n，m⊥n，θ為從弧面a逆時針起與立面β之間的夾角。

將圖2中m、l線投影到地面如圖3所示，分別為m1、l1，∵m1∥m，l1∥l，∴l(xiāng)1逆時針到m1間的夾角=θ（也即風(fēng)桿倒伏后與正北向之間的夾角），B點為A點隨風(fēng)桿倒伏后形成的弧線與地面的交點。

2 風(fēng)桿傾倒?fàn)顟B(tài)

2.1 各部件位置關(guān)系

風(fēng)桿傾倒后（見圖4），風(fēng)桿與地面關(guān)系由垂直變?yōu)槠叫校L(fēng)橫臂、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、指北針與風(fēng)桿的相對位置保持不變。

2.2 各部件之間角度

根據(jù)圖4所示，∵風(fēng)桿∥l1，∴風(fēng)桿與正北向的夾角=θ。面對風(fēng)桿頂端，根據(jù)圖5所示，我們可以發(fā)現(xiàn)：線段l∈a且l⊥地面，從線段l逆時針到線段m的夾角仍然保持為θ，此例為40°，這是一個很重要的現(xiàn)象，在風(fēng)傳感器安裝過程中將得到應(yīng)用。

3 歸納定位方法

風(fēng)傳感器安裝順序?qū)嶋H上就和剛才介紹的順序相反，即風(fēng)桿傾倒?fàn)顟B(tài)下把風(fēng)橫臂安裝在風(fēng)桿頂端，再把風(fēng)速、風(fēng)向傳感器安裝在風(fēng)橫臂上，風(fēng)向傳感器指北針與風(fēng)橫臂保持平行，那么，風(fēng)向傳感器指北針怎樣定位才能保證風(fēng)桿直立后指向北方？關(guān)鍵在于測量θ或φ角，得出θ或φ角后，根據(jù)圖5，將風(fēng)橫臂相對弧面a順時針偏轉(zhuǎn)θ度或逆時針偏轉(zhuǎn)φ角即可，具體如下。

3.1 風(fēng)向傳感器指北針定位角度測量

具體測量方法見圖6，把地質(zhì)羅盤儀水平放置在傾倒后的風(fēng)桿下面，風(fēng)桿投影與羅盤儀中心線平行，磁針的南極指向正北方向，當(dāng)?shù)刭|(zhì)羅盤中心線相對正北方向順時針偏轉(zhuǎn)角∈[0°，180°]，取θ角，如果地質(zhì)羅盤中心線相對正北方向順時針偏轉(zhuǎn)角∈（180°，360°），則取φ角，φ=360°-θ，此例中，羅盤中心線相對正北方向順時針偏轉(zhuǎn)角為40°∈[0°，180°，則θ=40°。

3.2 風(fēng)向傳感器指北針定位

3.2.1 方法一

當(dāng)定位角度為θ時，如圖4所示，θ=40°，按照以下步驟對風(fēng)向傳感器指北針進(jìn)行定位：（1）轉(zhuǎn)動風(fēng)橫臂使風(fēng)向傳感器指北針垂直指向地面。（2）將電子數(shù)顯傾角儀底部靠在立面上，使其顯示數(shù)據(jù)置零（見圖7右側(cè)）。（3）將電子數(shù)顯傾角儀底部放在風(fēng)橫臂上靠近風(fēng)向傳感器一端，面板垂直于風(fēng)桿，逆時針緩慢轉(zhuǎn)動風(fēng)橫臂，直到電子數(shù)顯傾角儀讀數(shù)穩(wěn)定顯示40°停止，擰緊風(fēng)橫臂與風(fēng)桿的固定螺絲，定位完成（見圖7左側(cè)）。

3.2.2 方法二

當(dāng)定位角度為φ時，如圖8所示，風(fēng)桿倒伏方向正好與圖4相反，根據(jù)圖6的測量方法得出θ=220°，我們?nèi)ˇ战菍︼L(fēng)向傳感器指北針進(jìn)行定位，φ=360°-220°=140°。（1）使風(fēng)橫臂風(fēng)速傳感器指北針垂直指向地面。（2）將電子數(shù)顯傾角儀底部靠在立面上，使其顯示數(shù)據(jù)置零（見圖9左側(cè)）。（3）將電子數(shù)顯傾角儀底部放在風(fēng)橫臂上靠近風(fēng)向傳感器一端，面板垂直于風(fēng)桿，順時針緩慢轉(zhuǎn)動風(fēng)橫臂，直到電子數(shù)顯傾角儀讀數(shù)穩(wěn)定顯示140°停止，擰緊風(fēng)橫臂與風(fēng)桿的固定螺絲，定位完成（見圖9右側(cè)）。

4 結(jié)語

上述介紹的定位方法通俗易懂，可操作性強(qiáng)，所需地質(zhì)羅盤儀、電子數(shù)顯傾角儀等輔助儀器的使用方法，該文只是簡單地做了介紹，建議讀者查閱相關(guān)資料做進(jìn)一步了解，做到熟練使用輔助儀器，確保風(fēng)向傳感器快速精確定位。

參考文獻(xiàn)

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