WUSH-WP型稱重式降水傳感器的故障診斷分析

尹育紅

（新疆石河子炮臺(tái)氣象站，新疆 石河子 832000）

WUSH-WP型稱重式降水傳感器的故障診斷分析

尹育紅

（新疆石河子炮臺(tái)氣象站，新疆 石河子 832000）

根據(jù)一次WUSH-WP型稱重式降水傳感器故障實(shí)例，介紹了WUSH-WP型稱重式降水傳感器的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、供電電源和故障現(xiàn)象，經(jīng)測試診斷分析，及時(shí)排除了故障，避免了人工補(bǔ)測，確保了自動(dòng)站降水正常自動(dòng)觀測。通過這次故障維修，本文提出了具體的故障排除方法，為使用WUSH-WP型稱重式降水傳感器的臺(tái)站提供參考。

稱重式降水傳感器；測試；診斷分析

降水量觀測是地面氣象觀測的主要項(xiàng)目之一，它為氣象防災(zāi)減災(zāi)、天氣預(yù)報(bào)、氣候分析和科學(xué)研究提供了重要的基礎(chǔ)氣象資料。目前，石河子地區(qū)臺(tái)站降水觀測采用WUSH-WP稱重式降水傳感器，它能及時(shí)、準(zhǔn)確的對(duì)固態(tài)、液態(tài)和混合態(tài)降水總量及降水強(qiáng)度進(jìn)行全自動(dòng)、全天侯地觀測和測量。它結(jié)合了降水測量、機(jī)械、電氣工程、信號(hào)處理等方面的專業(yè)技術(shù)，是一個(gè)可靠、穩(wěn)定的一體化氣象探測儀器。它既具有和翻斗雨量一樣的開關(guān)信號(hào)輸出，代替翻斗雨量傳感器接入原有各型自動(dòng)站，又具有RS-232、RS-485信號(hào)輸出，直接接入新型自動(dòng)氣象站，實(shí)現(xiàn)和翻斗雨量傳感器的同步觀測。很好地解決了新老自動(dòng)站過渡時(shí)期的使用問題。同時(shí)，減少臺(tái)站觀測人員的工作量，進(jìn)一步提高了觀測質(zhì)量和觀測效率，為氣象服務(wù)提供了更多有價(jià)值的氣象信息和觀測資料。

1 WUSH-WP型稱重式降水傳感器組成結(jié)構(gòu)

稱重式降水傳感器基于載荷測量技術(shù)原理設(shè)計(jì)，由硬件和處理軟件組成。其硬件可分成稱重單元、處理單元和DZZ4-PD電源及外圍組件，可以輸出開關(guān)量信號(hào)接入現(xiàn)有自動(dòng)氣象站，也可以作為智能傳感器掛接在其它新型氣象自動(dòng)站采集器上。

1.1 稱重單元

1.1.1 載荷元件

根據(jù)載荷元件測量原理來分，目前稱重式降水測量技術(shù)主要有2種，一種是基于電阻應(yīng)變技術(shù)：敏感梁在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而得到重量；另一種是振弦技術(shù)：以弦絲為彈性部件，根據(jù)其拉力與振動(dòng)頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過相應(yīng)的測量電路得到重量[1]。

1.1.2 信號(hào)變換電路

信號(hào)變換電路的作用是將載荷元件測得的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過溫度修正處理后，得到重量數(shù)據(jù)。

1.2 處理單元

它由中央處理器、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、接口、控制電路等部分構(gòu)成。其主要功能是對(duì)稱重單元的信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，計(jì)算出分鐘降水量和累計(jì)降水量，并實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制、記錄存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和傳輸。處理單元既要滿足現(xiàn)行氣象觀測業(yè)務(wù)要求，能夠輸出開關(guān)量，接入現(xiàn)有自動(dòng)氣象站，又要符合智能氣象傳感器的發(fā)展趨勢，能夠輸出數(shù)字信號(hào)，接入新型自動(dòng)氣象站。因此，稱重式降水傳感器應(yīng)同時(shí)具有RS232（或RS485）通訊接口和開關(guān)量輸出接口。

1.3 外圍組件

外圍組件包括收集容器、外殼、底盤、底座組件、防風(fēng)圈等。

1.4 DZZ4-PD電源

ZQZ-PD型電源箱是WUSH-WP型稱重式降水傳感器的電源設(shè)備，為稱重式降水傳感器提供交流220 V和直流12 V的電源。由交流空開、開關(guān)電源、交流電涌保護(hù)器、38 Ah/12 V的蓄電池組成。有市電時(shí)，蓄電池處于浮充狀態(tài)；無市電時(shí)，蓄電池處于放電狀態(tài)，無切換時(shí)間。本產(chǎn)品具有電涌沖擊保護(hù)、輸出過壓過流及直流欠壓告警電路等保護(hù)功能。

2 WUSH-WP型稱重式降水傳感器工作原理

稱重式降水傳感器開機(jī)后，通過DZZ4-PD電源箱開關(guān)電源給信號(hào)處理單元提供有效直流12 V電壓，當(dāng)有降水時(shí)，收集容器重量發(fā)生變化，導(dǎo)致載荷元件受壓發(fā)生形變，內(nèi)部電阻橋的阻值發(fā)生變化；電子單元連續(xù)采樣并進(jìn)行一定溫度補(bǔ)償后得到質(zhì)量數(shù)據(jù)，信號(hào)處理單元采樣質(zhì)量數(shù)據(jù)通過運(yùn)算分析，得到分鐘降水量和累計(jì)降水量等值，信號(hào)處理單元還進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)取?/p>

3 故障分析

3.1 故障現(xiàn)象

11月1日，恰逢稱重式降水傳感器啟用第一天，10月31日20時(shí)前測試傳感器時(shí)，自動(dòng)站采集器能通過翻斗雨量傳感器接線排采集到降水量，誤差在允許范圍內(nèi)，說明稱重式降水傳感器和信號(hào)處理器到自動(dòng)站采集器信號(hào)線正常。但值班人員08時(shí)觀測前巡視儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)夜間有降水，且稱重式降水傳感器收集容器內(nèi)有明顯降水量，但自動(dòng)站采集器未采集到降水?dāng)?shù)據(jù)，立即采用雨量筒人工觀測降水量。隨后值班人員用萬用電表測量稱重式降水傳感器DZZ4-PD電源箱供電部分，電源箱內(nèi)交流電壓為220 V，為正常，可是測試開關(guān)電源二組直流輸出電壓為零，且電壓輸出指示燈不亮。

3.2 故障原因

由于DZZ4-PD電源箱中交流電為UPS電源供電，值班人員早上發(fā)現(xiàn)UPS供電系統(tǒng)有故障報(bào)警，關(guān)UPS電源后，UPS恢復(fù)正常供電，從主觀上判斷為UPS供電電源出現(xiàn)故障，瞬間產(chǎn)生強(qiáng)電流燒壞關(guān)開電源和信號(hào)處理單元，導(dǎo)致稱重式降水傳感器停止正常運(yùn)行。

3.3 故障診斷

更換關(guān)開電源后，交流供電部分測得關(guān)開電源直流輸出電壓12.78 V，為正常，且綠色指示燈正常，但是信號(hào)處理單元運(yùn)行指示燈不閃也不亮，稱重式降水傳感器仍然不能正常工作。然后更換了信號(hào)處理單元，運(yùn)行指示正常了。由于更換信號(hào)處理單元時(shí)，信號(hào)處理單元與稱重單元的連接線本應(yīng)接在稱重單元的RS-232接口上，因誤接在稱重單元RS-485接口上，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理單元無法處理來自稱重單元的降水?dāng)?shù)據(jù)，將信號(hào)處理單元與稱重單元的連接線從稱重單元RS-485接口上換至稱重單元RS -232接口上，自動(dòng)站立即恢復(fù)了自動(dòng)降水量觀測。用筆記本電腦直接與稱重式降水傳感器處理單元連接，用讀取WUSH-WP稱重傳感器原始數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行測試，方法為：（1）連接設(shè)備。打開稱重降水傳感器數(shù)據(jù)處理單元外罩，用RS-232數(shù)據(jù)線連接傳感器和筆記本電腦。（2）讀取方法。用雨量杯量取測試降水量3 mm，記下開始時(shí)間，緩慢倒入收集容器中后，利用SSCOM32串口工具軟件來采集稱重降水傳感器的原始數(shù)據(jù)。運(yùn)行SSCOM32軟件，按圖1進(jìn)行配置。

圖1 串口工具軟件操作方法

表1 DMES命令的輸出數(shù)據(jù)內(nèi)容組成

（1）在命令輸入框中輸入命令，指定讀取的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，如下：DMES 2015-12-03 13：40 2015-12-03 13：45（信號(hào)處理單元與稱重單元的連接線更換前）。

（2）點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，傳感器信號(hào)處理單元將輸出內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，格式如下：（信號(hào)處理單元與稱重單元的連接線更換后）

（3）點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，傳感器信號(hào)處理單元將輸出內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，格式如下：

（4）DMES命令的輸出數(shù)據(jù)由表1所列內(nèi)容組成，各項(xiàng)目之間用空格分隔。

由以上數(shù)據(jù)得知，無測試降水量輸出至內(nèi)存中，檢查稱重單元與信號(hào)處理單元連接線時(shí)，發(fā)現(xiàn)信號(hào)處理單元的COM2（稱重單元電源及信號(hào)）誤連接在稱重單元RS-485接口上，將連接線從RS-485接口拔下接到稱重單元RS-232接口后，傳感器恢復(fù)了正常工作，自動(dòng)站采集器采集到了測試降水。

4 小結(jié)

本文通過石河子炮臺(tái)站稱重式降水傳感器故障現(xiàn)象，概述了WUSH-WP型稱重式降水傳感器的組成結(jié)構(gòu)、測量原理、供電電源以及故障診斷分析方法，及時(shí)排除了故障，避免了降水量人工補(bǔ)測，確保了自動(dòng)站降水正常自動(dòng)觀測。為以后更好地維護(hù)稱重式降水傳感器積累了經(jīng)驗(yàn)，也為有WUSH-WP型稱重式降水傳感器的臺(tái)站參考和借鑒。

[1]WUSH-WP型稱重式降水傳感器用戶手冊(cè)[Z].江蘇省無線電科學(xué)研究所有限公司，2012.

2016—06—12