張曉磊

(興安盟氣象局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

DSC2型稱重式降水傳感器(以下簡(jiǎn)稱DSC2傳感器)是實(shí)現(xiàn)降水自動(dòng)化觀測(cè)的智能傳感器，可自動(dòng)觀測(cè)固態(tài)、液態(tài)和混合性降水。目前內(nèi)蒙古地區(qū)冬季的降水觀測(cè)任務(wù)大部分由DSC2型稱重式降水傳感器承擔(dān)，筆者對(duì)多年來(lái)DSC2傳感器在業(yè)務(wù)中出現(xiàn)的一些異常問(wèn)題進(jìn)行整理，挑選出幾個(gè)典型故障進(jìn)行分析，以期為設(shè)備保障人員提供一定的參考價(jià)值。

1 DSC2傳感器原理與結(jié)構(gòu)

DSC2型稱重式降水傳感器是基于載荷測(cè)量技術(shù)原理設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)質(zhì)量變化測(cè)量降水量,由稱重單元(載荷元件和信號(hào)變換電路組成)、數(shù)據(jù)處理單元(稱重分采)、外圍組件等構(gòu)成。載荷元件由3只振弦組成，測(cè)量技術(shù)采用振弦技術(shù)，弦絲為彈性元件，其輸出的頻率與重量對(duì)應(yīng)響應(yīng)關(guān)系。信號(hào)變換電路將3只振弦的信號(hào)進(jìn)行處理，由微弱且不規(guī)則的信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～5V的方波頻率信號(hào)，并輸入數(shù)據(jù)處理單元[1]。數(shù)據(jù)處理單元測(cè)出稱重單元傳送的頻率量f，根據(jù)質(zhì)量與振動(dòng)頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使用以下計(jì)算公式即可計(jì)算得到集水桶內(nèi)的降水量。

P=A(f-f0)+B(f-f0)2

(1)

其中：P為降水量；A、B為常數(shù)；f0為空集水桶時(shí)傳感器輸出的頻率；f為稱重單元輸出頻率。

在連續(xù)測(cè)量時(shí)，用本次測(cè)得的降水量減去前次測(cè)得的降水量即可得到兩次測(cè)量間隔的實(shí)際降水量。

目前數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理后主要以兩種方式輸出，一種是RS232形式，另一種是雨量脈沖信號(hào)形式，其中雨量脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)固態(tài)降水轉(zhuǎn)換器變換為類似翻斗雨量計(jì)的通斷信號(hào)。

2 典型故障

2.1 供電系統(tǒng)故障

供電系統(tǒng)故障是常見故障之一，DSC2傳感器出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)首先排除供電系統(tǒng)故障。直接查看稱重分采的指示燈是否常亮，如果不亮，依據(jù)供電系統(tǒng)連接圖(見圖1)，依次從交流、蓄電池、開關(guān)電源、固態(tài)降水轉(zhuǎn)換器、直流開關(guān)、保險(xiǎn)絲、采集器及RS485端口檢查診斷故障。

圖1 DSC2傳感器供電系統(tǒng)連接

故障一：降水異常表現(xiàn)為晚上降水缺測(cè)或無(wú)異常到白天降水量異常增多，由于故障時(shí)間持續(xù)發(fā)生在夜晚不易發(fā)現(xiàn)或檢查。通過(guò)稱重分采的調(diào)試串口連接計(jì)算機(jī)，發(fā)送指令獲取稱重分采的歷史數(shù)據(jù)。命令為：“DMPR+空格+開始時(shí)間+空格+結(jié)束時(shí)間”，例如：“DMPR 2020-11-10 20∶04 2020-11-11 10∶05”。發(fā)現(xiàn)：返回?cái)?shù)據(jù)分析采集器的供電電壓隨著氣溫的不斷變冷后逐漸降低，載荷元件的3只振弦頻率逐漸消失，到白天氣溫升高后供電電壓逐漸升高而振弦頻率不斷增加而產(chǎn)生異常降水量。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是供電系統(tǒng)的故障，依據(jù)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，依次檢查發(fā)現(xiàn)蓄電池運(yùn)行多年后內(nèi)阻增大，當(dāng)氣溫降低時(shí)充不進(jìn)去電造成的，更換新蓄電池可解決故障。

故障二：無(wú)降水現(xiàn)象傳感器卻顯示產(chǎn)生降水。對(duì)供電系統(tǒng)各部件檢查，固態(tài)降水轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓功能故障，供電電壓的較大幅度變動(dòng)導(dǎo)致振弦的頻率波動(dòng)后形成降水生成[2]，更換固態(tài)降水轉(zhuǎn)換器，故障解決。

2.2 稱重分采RS232接口故障

稱重分采的輸出接口為RS232，與自動(dòng)站主采集器的RS232-2接口通過(guò)線纜交叉直連通訊,見圖2。由于臺(tái)站防雷接地電阻高或未接地的原因，雷擊后出現(xiàn)稱重分采RS232通道故障引起的數(shù)據(jù)異常，依次對(duì)外觀檢查發(fā)現(xiàn)稱重分采的指示燈正常閃爍、計(jì)算機(jī)與稱重分采的調(diào)試串口連接時(shí)發(fā)送命令可返回響應(yīng)數(shù)據(jù)。但是將RS232接口與電腦直連，通過(guò)串口調(diào)試軟件向采集器發(fā)送調(diào)試命令后，無(wú)數(shù)據(jù)返回，確定采集器RS232通道故障，需更換稱重分采。采集器更換后，需要設(shè)置振弦傳感器的參數(shù)。根據(jù)隨機(jī)帶的校準(zhǔn)卡(位于振弦式傳感器銘牌)中的系數(shù)重新設(shè)置f0、A、B、V、Pmin、Pmax等參數(shù)，命令為“SETRAINCAL！”。設(shè)置格式為：發(fā)送“SETRAINCAL+頻率通道1+各個(gè)參數(shù)(用空格分割)+！(結(jié)束符)”。例如：“SETRAINCAL0 1054.2 0.0165411 0.00000916413 0.01 0.01 0.05!”，僅設(shè)置頻率通道1完畢，系統(tǒng)的返回值仍是顯示3個(gè)通道的，需要再次設(shè)置頻率通道2、通道3，對(duì)應(yīng)的命令是“SETRAINCAL1 …”“SETRAINCAL2 …”，然后用查看命令“GETRAINCAL!”，檢查參數(shù)是否正確即可

圖2 稱重分采與自動(dòng)站主采集器連接

2.3 振弦故障

DSC2傳感器采用3根振弦同時(shí)測(cè)量，稱重分采采集測(cè)量信號(hào)并進(jìn)行質(zhì)控。當(dāng)單根振弦出現(xiàn)故障后，一般表現(xiàn)為DSC2傳感器對(duì)0.5mm以下的降雪測(cè)量不出來(lái)或者首個(gè)分鐘降水出現(xiàn)時(shí)間明顯滯后，而且首個(gè)分鐘降水量基本為0.5mm或0.6mm。當(dāng)1個(gè)以上振弦出現(xiàn)故障后，一般表現(xiàn)為數(shù)據(jù)異?；蛉睖y(cè)。

判定振弦是否故障先確保振弦的供電正常，可用萬(wàn)用表測(cè)量判斷，正常時(shí)每個(gè)信號(hào)變換器同側(cè)“B、C”端電壓為12V左右，“A、B”兩端電壓為5V左右。測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換器的“V、B”端電壓正常工作時(shí)是否為 2.5V 左右，再用20kHz的頻率測(cè)量擋分別測(cè)試3路信號(hào)的“V、B”端，3路頻率信號(hào)頻率是否差不多，若是則振弦正常，否則需要更換振弦。振弦更換后要相應(yīng)地在稱重分采內(nèi)重新設(shè)置參數(shù)，換成新振弦的參數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

DSC2型稱重式降水傳感器已運(yùn)行多年，長(zhǎng)期運(yùn)行后難免出現(xiàn)故障，所以應(yīng)按照業(yè)務(wù)要求進(jìn)行定期的維護(hù)與檢查，同時(shí)在出現(xiàn)故障后要有合理有效的故障診斷方法。筆者對(duì)傳感器容易發(fā)生的幾個(gè)典型故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方法或建議，希望對(duì)業(yè)務(wù)人員在以后的維修工作中有一定參考。