簡談HY361型區(qū)域自動氣象站的維護維修

柳 紅

（淄博市淄川區(qū)氣象局，山東 淄博 255100）

簡談HY361型區(qū)域自動氣象站的維護維修

柳 紅

（淄博市淄川區(qū)氣象局，山東 淄博 255100）

為保證區(qū)域自動氣象觀測站的正常運行，確保區(qū)域自動氣象站能實時提供連續(xù)、可靠的氣象觀測資料。文章介紹了主采集器為HY361型區(qū)域自動氣象站的主要組成，描述了HY361型主采集器、6要素傳感器的工作原理及部分技術(shù)要點，全面介紹了區(qū)域站各組成部分的日常維護方法及注意事項，對區(qū)域站“全部或部分數(shù)據(jù)缺測”故障原因、分析思路、維修測量方法、判斷依據(jù)等作了比較詳細、準確的闡述。

區(qū)域自動氣象站；傳感器；數(shù)據(jù)采集

引言

區(qū)域自動氣象站是國家地面氣象觀測網(wǎng)的重要補充，為了滿足災(zāi)害性天氣監(jiān)測、預(yù)警和氣象預(yù)報、服務(wù)的需要，2006年淄川區(qū)氣象局在各個鎮(zhèn)均建成了區(qū)域自動氣象站，2015年開始對部分區(qū)域自動氣象站進行了升級改造，對現(xiàn)有的4要素自動氣象站升級改造為6要素，除風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣溫外，增加了相對濕度、氣壓兩種要素，計劃2017年全部升級改造完畢。區(qū)域自動氣象站的建設(shè)，大大提高了鄉(xiāng)鎮(zhèn)突發(fā)性、臨近性災(zāi)害天氣監(jiān)測預(yù)警以及精細化天氣預(yù)報的能力，滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象服務(wù)的需求。但是區(qū)域自動氣象站常常建設(shè)在野外自然環(huán)境且無人值守，這就對設(shè)備的定期維護及應(yīng)急維修提出了更高的要求。

1 區(qū)域自動氣象站的組成

區(qū)域自動氣象站由采集器、傳感器、供電、通訊連接線纜等系統(tǒng)組成，其中6要素傳感器包括：風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓、溫濕度。HY361采集器作為自動站的核心，有數(shù)據(jù)采集、處理、存儲及傳輸?shù)裙δ?，具?要素傳感器接口、調(diào)試串口、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)運行指示燈、傳輸模塊、電源接口模塊[1-2]（圖1）。HY361采集器具備無線數(shù)據(jù)通信功能，支持GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)配置，將監(jiān)測的氣象要素通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心服務(wù)器，同時采集器也通過網(wǎng)絡(luò)接受中心服務(wù)的遠程集中管理與配置，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化的智能管理。

圖1 HY361采集器組成面板

風(fēng)向傳感器采用EL15-2D型，采用模擬電壓輸出，當風(fēng)向標組件轉(zhuǎn)動時，輸出連續(xù)變化的0～2.5V直流電壓（對應(yīng)風(fēng)向0～360o），隨風(fēng)向角度的增加而線性增大。

風(fēng)速傳感器采用EL15-1A型，感應(yīng)元件為三杯式回轉(zhuǎn)架，隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)并帶動風(fēng)速碼盤旋轉(zhuǎn)，輸出相應(yīng)的電脈沖信號，其頻率隨風(fēng)速的增大而線性增大，其換算公式為V=0.296+0.0491F，其中風(fēng)速V的單位為m/s、脈沖頻率F的單位為Hz。

雨量傳感器為SL3型翻斗式，用來測量液態(tài)降水，由承水器及3組翻斗組成（上翻斗、計量翻斗、計數(shù)翻斗），上翻斗使降水強度近似大降水強度，由計量翻斗計量（0.1mm），然后再由計數(shù)翻斗來計數(shù)。計數(shù)翻斗的中部裝有一塊小磁鋼隨計數(shù)翻斗擺動，掃描固定架上的干簧管開關(guān)，計數(shù)翻斗翻動一次，干簧管開關(guān)閉合一次，送出一個脈沖信號，代表0.1mm降水。

氣壓傳感器為PTB210型智能傳感器，通過RS-232串口輸出氣壓測量值。

溫濕度傳感器采用HMP155型，測溫元件為鉑電阻，采用四線制，通過電阻值隨溫度升高而增加，用來測量空氣溫度，其換算公式為T=（Rt-100）/0.385（T為溫度，Rt為鉑電阻值）。濕度元件為聚合物薄膜電容傳感器，電容量正比于相對濕度，經(jīng)專用電路轉(zhuǎn)換成0～1VDC電壓信號，線性對應(yīng)相對濕度0～100%。

供電系統(tǒng)由太陽能板、蓄電池、電源控制器組成，太陽能板把光能轉(zhuǎn)變成電能通過電源控制器對蓄電池充電，并輸出+12V直流電不間斷向負載供電。

2 區(qū)域自動氣象站的維護

2.1 整體維護

每月定期對區(qū)域自動氣象站進行巡檢維護，汛期增加維護次數(shù)。查看采集器各狀態(tài)燈運行是否正常，各連接線纜有無破損或松動，風(fēng)拉線是否穩(wěn)固，風(fēng)向風(fēng)速傳感器轉(zhuǎn)動是否靈活，雨量傳感器的漏斗有無堵塞，觀測場周圍環(huán)境有無變化，草坪是否符合標準，草有無超高，并清除雜草[3]。

2.2 分項維護

（1）太陽能板的維護。

太陽能板在長期野外使用過程中會蒙上厚厚的灰塵或一些鳥屎等雜物，這些污垢嚴重影響太陽能板的正常工作，必須定期對太陽能板進行清潔、除塵操作，尤其是下雪過后，需及時掃除太陽能板上的積雪。

（2）太陽能蓄電池的維護。

由于野外天氣變化復(fù)雜的原因，太陽能蓄電池的充放電很不規(guī)則，造成太陽能蓄電池性能下降，如果電壓低于12V，電源將不能保證自動站的正常工作，蓄電池電量不足將直接導(dǎo)致不能及時上傳觀測數(shù)據(jù)，而且中心站軟件顯示設(shè)備不在線，在個別情況下，還可能導(dǎo)致設(shè)備工作參數(shù)丟失。因此，應(yīng)定期檢測蓄電池性能，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。

（3）采集器的維護。

保持采集器的干凈、干燥，上面無覆蓋物；每年春季應(yīng)按照《自動氣象站場室防雷技術(shù)規(guī)范》（QX30—2004）對采集器接地電阻進行復(fù)測。

（4）各傳感器的維護。

溫濕傳感器維護：安裝自動氣象站傳感器的百葉箱不能用水洗，只能用濕布擦拭或毛刷刷拭。百葉箱內(nèi)的溫、濕傳感器也不得移出箱外[3]。在冬季巡檢時，要小心用毛刷把百葉箱頂、箱內(nèi)和壁縫中的雪和霧凇掃除干凈，百葉箱內(nèi)不得存放多余的物品。濕敏電容傳感器的頭部有保護濾膜，防止感應(yīng)元件被塵埃污染，每月應(yīng)清潔傳感器頭部網(wǎng)罩，禁止手觸摸濕敏電容，以免影響正常感應(yīng)。檢查溫濕傳感器與數(shù)據(jù)傳輸線的連接，發(fā)現(xiàn)松動或生銹要及時處理，更換溫濕傳感器時要小心插拔，避免造成不必要的損失。

風(fēng)傳感器的維護：要保證傳感器轉(zhuǎn)動軸與水平面垂直；保持風(fēng)杯和風(fēng)向標板不變形；經(jīng)常觀察風(fēng)杯和風(fēng)向標轉(zhuǎn)動是否靈活、平穩(wěn)。發(fā)現(xiàn)異常時，換用備份傳感器；每年定期維護一次風(fēng)傳感器，檢查、校準風(fēng)向標指北方位。

雨量傳感器的常規(guī)維護：保持傳感器器口不變形，器口面水平，器身穩(wěn)固，可用游標卡尺和水平尺核查[4]。清除承水器濾網(wǎng)上的雜物（入口濾網(wǎng)可取下清洗），檢查漏斗通道是否有堵塞物，發(fā)現(xiàn)堵塞要及時清洗干凈，特別要注意保持節(jié)流管的暢通。必要時可用中性洗滌劑清洗翻斗表面，但嚴禁用手觸摸翻斗內(nèi)壁。

氣壓傳感器維護：氣壓傳感器無需定期或預(yù)防性的維護措施，保持靜壓氣孔口氣流通暢即可。

3 區(qū)域自動氣象站的維修

3.1 區(qū)域自動氣象站全部要素缺測

此種情況多數(shù)為供電系統(tǒng)故障，特別在長時間連陰雨天，太陽能板供電量不足，蓄電池長時間運行，電壓降低，無法滿足采集系統(tǒng)的正常運行所致。

排除方法：查看采集器的運行狀態(tài)，正常情況下采集器的狀態(tài)燈為1秒1閃，網(wǎng)絡(luò)運行燈為3秒1閃，如果狀態(tài)燈不亮或亮度很暗，則通過測量供電系統(tǒng)電壓確定故障部件。第一，用萬用表直流電壓檔測量采集器供電電壓，如果沒有或者電壓值偏低，說明太陽能板或電池可能已經(jīng)損壞。第二，檢查供電系統(tǒng)電源連線是否有破損或者斷開的地方，檢查太陽能板外觀是否有明顯機械損傷，如有應(yīng)立即修復(fù)；然后在太陽光正常照射的環(huán)境下，測量太陽能板電壓輸出，如果沒有或者電壓值偏低，應(yīng)更換太陽能板。第三，觀察電池是否有漏液現(xiàn)象，如有應(yīng)及時更換電池；拔下電池輸入端，測量電池的空載電壓，如供電電壓低于12.0V，需要給電池充電或更換充滿電的蓄電池。

如果狀態(tài)燈正常，則表明采集器運行是正常的，則查看網(wǎng)絡(luò)運行燈是否正常，保證不欠費的情況下，SIM卡接觸不良或長時間運行也會導(dǎo)致傳輸模塊死機，這時需更換SIM卡或用橡皮擦拭SIM卡金屬部分，檢查通信模塊，直至故障排除。

3.2 區(qū)域自動氣象站部分數(shù)據(jù)缺測或異常

（1）溫濕度數(shù)據(jù)缺測或異常。

如果溫濕度測量值明顯與當時的環(huán)境不符，可能為傳感器性能不良或性能下降所致，應(yīng)更換溫濕度傳感器。

溫度缺測，此故障一般為溫度傳感器斷線所致。可在關(guān)閉采集器電源的情況下，撥下溫度的四線端子，用萬用表的電阻檔測量同端（1、2或3、4端）電阻及異端（1、3或2、4）電阻，再利用公式計算T=（R1-R2-100）/0.385（其中T為當時的溫度，R1為異端電阻值，R2為同端電阻值），將計算的溫度值與當時的環(huán)境溫度相比較，結(jié)果相當時，則鉑電阻傳感器正常，這時檢查采集器端子或溫度線纜是否接觸不良。也可以用測量的同端或異端之間的電阻來判斷，一般同端之間的電阻在1～8?之間，異端之間的電阻在80～120?之間，若測得阻值無窮大，則可判斷傳感器損壞，需更換溫度傳感器[5]，排除后可用串口調(diào)試助手發(fā)送命令測試。

濕度缺測，在采集器通電的情況下，用萬用表直流電壓檔檢查濕度的供電電壓是否正常，再檢查濕度信號輸出電壓是否為0～1V（對應(yīng)0～100%RH），若電壓高于1V，則可能是傳感器故障，可更換濕度傳感器[2]。

（2）雨量數(shù)據(jù)缺測或異常。

雨量數(shù)據(jù)缺測或異常，原因多為承水器濾網(wǎng)堵塞、底座上出水口堵塞、干簧管不吸合、線纜破損，可根據(jù)實際情況排除相應(yīng)故障。第一種情況，用萬用表測量雨量線電阻，測量出的阻值為無窮大或0時，可判斷為雨量線斷路（或者短路），需更換雨量線；測量雨量傳感器至采集器兩芯線纜時，將一頭連接，另一頭用通斷檔（或電阻檔）測量，如有蜂鳴聲（或電阻很?。?，則說明線纜正常。第二種情況，測量雨量傳感器紅黑接頭，當計量翻斗處于中間（連接狀態(tài)下）時，測量出的電阻值為無窮大，或者計量翻斗處于一側(cè)（斷開連接時），測量出的電阻值為0，則故障原因可判斷為干簧管損壞；如果將雨量傳感器線纜斷開，用萬用表連接紅黑接線柱，用通斷檔測量，手撥動計數(shù)翻斗1次，則通斷檔蜂鳴一聲，則說明干簧管正常。

（3）風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)缺測或異常。

風(fēng)向風(fēng)速傳感器因離地面較高，維修起來特別不方便。如遇風(fēng)速異?；蛉睖y，首先檢查線路連接是否正常，然后測量采集器上的供電電壓，如供電電壓正常（5VDC），則測量風(fēng)速信號與地之間的信號電壓，風(fēng)杯轉(zhuǎn)動時測量值一般為3.5VDC左右，風(fēng)杯停止時，測量值應(yīng)為0V或接近工作電壓5VDC左右。如無電壓值，則逐一測量采集器與風(fēng)橫臂接線盒處線纜是否破損斷開，如正常，則更換風(fēng)速傳感器。

判斷風(fēng)向傳感器的故障主要采用萬用表電壓檔測量風(fēng)向信號電壓、供電電壓是否正常，由于風(fēng)向信號為模擬電壓輸出，在供電正常的情況下，風(fēng)向標轉(zhuǎn)動時，風(fēng)向輸出信號與地之間一般會有0～2.5VDC變動的電壓。當風(fēng)向連續(xù)變化時，但電壓變動不連續(xù)或電壓超出2.5VDC則為傳感器損壞，直接更換傳感器即可。

（4）氣壓數(shù)據(jù)缺測或異常。

氣壓數(shù)據(jù)較其它要素來說較為穩(wěn)定，如氣壓數(shù)據(jù)缺測或異常，則查看采集器接頭端是否接觸不良，否則為傳感器（一般傳感器自身帶線纜）故障所致，建議更換氣壓傳感器。

4 結(jié)語

只要業(yè)務(wù)人員掌握了儀器的基本工作原理和維護維修方法，在實際工作中，認真執(zhí)行定期巡檢維護制度，對突發(fā)故障及時響應(yīng)、認真排查，爭取在第一時間排除故障，就能使自動站處于良好的運行狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準確性，為氣象預(yù)報服務(wù)提供準確的第一手資料。

[1]中國氣象局綜合觀測司.氣象裝備技術(shù)保障手冊[M].北京：氣象出版社，2011：211-232.

[2]中國華云技術(shù)開發(fā)公司.CAWS600自動氣象站（V4.0）用戶指南及系統(tǒng)說明書[M].北京：氣象出版社，2012：9-18.

[3]中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003：48-53.

[4]李黃.自動氣象站實用手冊[M].北京：氣象出版社，2007：69-70.

[5]丁媛媛，高艷倫，曹善棟，等.CAWS600-B自動氣象站傳感器故障判斷和解決辦法[J].山東氣象，2016，36（1）：62-64.

P415.1

：B

：1005-0582（2016）04-0063-04

10.19513/j.cnki.issn1005-0582.2016.04.014

2016-03-22

柳紅（1973—），女，山東淄博人，大學(xué)，工程師，從事大氣科學(xué)等方面的研究。