關(guān)志梅 劉永

摘要：

隨著我國氣象觀測(cè)技術(shù)的不斷革新和完善，自動(dòng)化氣象觀測(cè)站已全面建成并投入使用，大大提高了觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性和科學(xué)性，使得社會(huì)各項(xiàng)生產(chǎn)工作得以有序進(jìn)行。然而，由于自動(dòng)氣象觀測(cè)站涉及到許多知識(shí)和技術(shù)，在出現(xiàn)通信故障時(shí)，無法及時(shí)開展維修工作影響業(yè)務(wù)質(zhì)量。對(duì)此，深入研究自動(dòng)氣象觀測(cè)站的常見故障并提出有效的維修策略具有重要意義。

關(guān)鍵詞：

氣象觀測(cè)站；常見故障；維修措施

中圖分類號(hào)：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：1019754/jnyyjs20190315067

引言

自動(dòng)氣象觀測(cè)站是現(xiàn)階段較為先進(jìn)、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高的地面氣象遙測(cè)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的時(shí)效性和科學(xué)性，不僅能減輕技術(shù)人員的工作量，提升效率，還能為氣象災(zāi)害預(yù)防提供必要的參考資料。針對(duì)自動(dòng)氣象觀測(cè)站結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，要求業(yè)務(wù)人員在豐富專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上及時(shí)應(yīng)對(duì)各種突發(fā)故障，確保其安全、穩(wěn)定運(yùn)行，滿足氣象服務(wù)的需求。

1自動(dòng)氣象觀測(cè)站的工作原理

自動(dòng)氣象站主要由硬件和系統(tǒng)軟件2個(gè)部分組成。前者包括傳感器、采集器、通訊結(jié)構(gòu)、電源、計(jì)算機(jī)等，后者包括采集軟件、地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件。為了實(shí)現(xiàn)氣象觀測(cè)站的自動(dòng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控，還需配置監(jiān)控軟件，時(shí)期與氣象中心站連接形成自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)。目前國內(nèi)自動(dòng)氣象站多采用集散式和總線式2種體系，CPU為核心，由采集器集中采集、處理并分散配置信號(hào)；以總線為核心，掛接不同功能板塊來采集、處理并分散傳感器信號(hào)。隨著氣象要素的不斷改變，監(jiān)控系統(tǒng)中的各感應(yīng)元件會(huì)出現(xiàn)不同的電流變化，這種變化被CPU實(shí)時(shí)采集，通過線性和定量處理，將工程量轉(zhuǎn)變?yōu)橐亓浚俳?jīng)過篩選得到氣象要素值并儲(chǔ)存于采集器中。配有計(jì)算機(jī)的氣象站，采集的氣象要素值可直接顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，并以規(guī)范格式置于硬盤。

作為一種運(yùn)用范圍較廣的新型地面氣象觀測(cè)系統(tǒng)，具備自動(dòng)收集、檢測(cè)、信息存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)哪芰Γ粌H能運(yùn)用于氣象部門進(jìn)行氣候觀測(cè)，還能用于環(huán)境勘察、軍事、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等需要?dú)庀笠蛩丶右灾С值念I(lǐng)域，能為公共氣象服務(wù)提供重要的數(shù)據(jù)資料。自動(dòng)站安裝了氣象要素傳感器，當(dāng)外界環(huán)境和氣象條件發(fā)生改變時(shí)，傳感器就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，由采集器進(jìn)行信息采集并處理，并上傳至指揮中心，從而得到不同氣象要素的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)值，這些數(shù)值將通過通訊接口被統(tǒng)一傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器加工后生成氣象預(yù)報(bào)所需要的數(shù)據(jù)資料，實(shí)時(shí)形成報(bào)表?？傮w而言，自動(dòng)氣象站的出現(xiàn)極大地提高了氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，使得工作效率不斷提升。但與此同時(shí)，自動(dòng)氣象站所具有的各項(xiàng)功能要以多個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)組合制成，一旦在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都有可能導(dǎo)致整個(gè)氣象站崩潰，造成數(shù)據(jù)誤差偏大或脫離實(shí)際，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致資料丟失。因此，認(rèn)識(shí)自動(dòng)氣象觀測(cè)站的常見故障非常重要，就現(xiàn)有的維修和養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)來看尚存在很大問題。

2自動(dòng)氣象觀測(cè)站的常見故障與維修

21氣壓傳感器故障

當(dāng)前在自動(dòng)氣象觀測(cè)站中安裝的氣壓傳感器主要是膜盒式電容氣壓傳感器，會(huì)隨著外界空氣中的氣壓變化而變化。真空膜裝置中設(shè)有彈性膜片，膜片會(huì)自動(dòng)根據(jù)外界氣壓的實(shí)際大小而發(fā)生比例性變形，從而使傳感器的電容量值發(fā)生改變。通過測(cè)量傳感器則能準(zhǔn)確計(jì)算出氣壓值。要在傳感器出現(xiàn)故障前及時(shí)檢測(cè)出來，可運(yùn)用分析歸納法。即首先隨機(jī)選擇一段分析時(shí)間，然后通過對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)站在隨機(jī)選擇的分析時(shí)間內(nèi)測(cè)得的氣壓測(cè)量數(shù)據(jù)和人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，兩相對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)差異過大，則可初步判斷為氣壓傳感器出現(xiàn)故障。

在開展氣壓傳感器的維護(hù)工作中，要先關(guān)閉自動(dòng)站的電源，切忌帶電操作，否則會(huì)造成觸電危險(xiǎn)；摘除傳感器上的固定螺絲，同時(shí)拔去連接插頭；再觀察儀表數(shù)值，判定故障并進(jìn)行處理。如果采取維修無法消除故障，則要考慮直接更換備用原件。在自動(dòng)氣象觀測(cè)站運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)氣壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺失的狀況，可首先檢查氣壓采集器是否出現(xiàn)故障，如無氣壓值顯示，則可判定為電源故障，如電源連接正常，而采集器不顯示數(shù)據(jù)，則可直接判定為氣壓傳感器故障。

22電源故障

出現(xiàn)電源故障的主要原因是電源控制器故障或電池故障。前者一般表現(xiàn)為采集器無數(shù)據(jù)顯示和上傳，特別是夜間和長時(shí)間陰雨天氣。由于控制器出現(xiàn)問題，導(dǎo)致蓄電池?zé)o法正常充電，當(dāng)電池的電能耗完時(shí)電壓會(huì)逐漸降低，小于5V時(shí)采集器便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。另一情況是采集器所獲得的多個(gè)氣象要素值出現(xiàn)異常或無法啟動(dòng)，這便是傳感器供電異常狀況。

電源故障的判斷方式可采用通信終端檢測(cè)上傳數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)返回格式為風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、分鐘雨量、氣壓、濕度、電壓等。發(fā)現(xiàn)電壓值過低時(shí)，說明供電不足；發(fā)現(xiàn)采集器無法啟動(dòng)，則為電源控制器損壞?？墒褂萌f用表測(cè)量保險(xiǎn)管是否燒壞，如果正常，則斷開電源控制器，使用萬用表測(cè)量空載電壓，并連接控制器與電池板。萬用表無電流或電壓變化，則說明電池板有故障。不同電池的電流和電壓大小有所不同，維修人員需要特別注意使用太陽能電池的自動(dòng)氣象站在遇到日照條件不足時(shí)，極易出現(xiàn)蓄電池充電故障。對(duì)此，判斷為電源故障后，應(yīng)及時(shí)更換電源部件；對(duì)于太陽能電池，引發(fā)供電故障的因素有很多，主要是光照不足無法為蓄電池充電，因此夏秋兩季可不更換電池，春冬兩季則要更換電量充足的蓄電池。

23采集器故障診斷維修

采集器故障是自動(dòng)氣象觀測(cè)站常見的故障之一，通常表現(xiàn)為內(nèi)部程序鎖死，無法及時(shí)采集數(shù)據(jù)或要素缺測(cè)，數(shù)據(jù)無法正常上傳至計(jì)算機(jī)。此類故障的判定，要先確定蓄電池的電流、電壓供應(yīng)是否正常，一般需達(dá)到12V。查看方式為斷開電源控制器，觀察蓄電池能否供電，并重啟采集器，通過通信終端檢查采集器的數(shù)據(jù)能否恢復(fù)正常，如無較大變化則可判斷為內(nèi)部程序鎖死。故障排除可直接重新連接電源控制器，恢復(fù)電池供電。

如果控制器重啟后氣象要素仍無法全部測(cè)出，則將相應(yīng)傳感器放于通道上采集。采集器能正常運(yùn)行，則可判定為通信故障，需要盡快更換采集器并連接好電源控制器，恢復(fù)正常供電。

采集單元出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)為收集的數(shù)據(jù)無法上傳到計(jì)算機(jī)或丟失，監(jiān)控軟件無法進(jìn)入，引發(fā)故障的原因有雷擊、電磁干擾等，造成控制面板和采集單元的損壞。維修人員要檢查好通信軟件是否出現(xiàn)參數(shù)錯(cuò)誤，在人工卸載數(shù)據(jù)后將采集器復(fù)位，如發(fā)現(xiàn)指示燈閃爍間隔時(shí)間與往常不同，則觀察交流輸入燈是否正常，正常則說明采集單元出現(xiàn)故障，應(yīng)對(duì)方法是更換采集單元。

24溫濕度傳感器故障

觀測(cè)系統(tǒng)中設(shè)置溫濕度傳感器是基于鉑電阻傳感器，其中濕度的檢測(cè)是由電容性高分子薄膜傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)感應(yīng)，而溫度則是由探頭頂端機(jī)械能感應(yīng)，故障判斷是通過燒結(jié)的過濾器，如圖1所示：

測(cè)量1、2兩個(gè)部位對(duì)應(yīng)的電阻，并設(shè)定為R2，R1與R2的差值為R，其與氣溫對(duì)應(yīng)關(guān)系為：溫度等于0℃，則電阻值為100，每當(dāng)溫度改變1℃，則電阻值變化0385。根據(jù)公式計(jì)算出當(dāng)時(shí)的外界溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度的差異，初步判斷出溫度傳感器的具體情況。如果兩者數(shù)值相差較大，則要考慮溫度傳感器出現(xiàn)故障，采取更換傳感器的方式。濕度傳感器的判定方式是測(cè)量輸出線號(hào)與GND線的電壓值，當(dāng)電壓值大于1V，則應(yīng)更換濕度傳感器。

25通信故障

多出現(xiàn)與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，主要是因?yàn)镚PRS系統(tǒng)損壞或觀測(cè)點(diǎn)信號(hào)不穩(wěn)定導(dǎo)致無法正常使用。出現(xiàn)故障時(shí)，查看GPRS系統(tǒng)天線安裝是否有問題，觀察信號(hào)強(qiáng)度判定傳輸是否穩(wěn)定，并使用替代法檢測(cè)數(shù)據(jù)卡是否出現(xiàn)故障。天線故障的處理方式為更換天線，如果是因?yàn)樾盘?hào)不穩(wěn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸困難，則要聯(lián)系當(dāng)?shù)剡\(yùn)營商調(diào)整GPRS信號(hào)，優(yōu)化系統(tǒng)，盡早恢復(fù)通行功能。

3結(jié)論

自動(dòng)氣象站能給氣候預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等工作帶來極大的便利，同時(shí)也應(yīng)時(shí)刻注意各類工作元件容易出現(xiàn)的故障和問題，會(huì)導(dǎo)致氣象站無法完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算等工作。針對(duì)故障原因的多樣性和不確定性，在判斷和排除上存在一定的困難，因此需要技術(shù)人員熟練掌握整個(gè)系統(tǒng)的工作原理，并逐步分析故障部位和原因，找出最適的解決方案。在維修過程中，要做好總結(jié)和記錄，從而提高觀測(cè)站系統(tǒng)的故障檢測(cè)率、維修率，為自動(dòng)氣象站的穩(wěn)定運(yùn)行提供安全保障。[JP]

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

關(guān)志梅（1978-），女，云南省姚安縣人，本科，工程師，研究方向：氣象設(shè)備保障。