高山無人值守自動氣象站儀器故障分析及防止措施概述

李萬友

摘 要 自動氣象站安裝在野外，尤其是高山無人值守自動氣象站，工作環(huán)境嚴酷，儀器的電子元器件易老化，隱性故障多，判斷故障難度大，本文通過對自動氣象站儀器的幾起故障判斷及采取的防止措施進行總結，供相關技術人員維護、維修時借鑒。

關鍵詞 自動氣象站;儀器故障;分析;措施

雪峰山無人值守自動氣象站，站點海拔高度1405米，氣溫低，全年多雨多霧，年最低氣溫-10.1℃，霧罩期252天，相對濕度79%以上。運行至今，前期較為穩(wěn)定，由于嚴酷的氣象環(huán)境影響，后期故障率增加，主要為隱性故障。

1雪峰山無人值守自動氣象站儀器故障及其判斷處理經過

1.1 開關電源火線對零線跳火

2016年12月26日， 雪峰山無人值守自動氣象站從夜間12時起無資料上傳，到站點現場檢查，發(fā)現電源箱開關電源沒有直流輸出，換上備用開關電源后恢復正常供電，拆開開關電源后發(fā)現電路板上火線輸入端銅箔己燒斷。

1.2 接線插片與導線連接處焊錫氧化斷路

2018年2月6日， 雪峰山無人值守自動氣象站無資料上傳，到現場檢查，太陽能控制器負載端無電壓輸出，其電池接線端也無電壓， 進一步檢查，發(fā)現連接蓄電瓶蓄負極的接線插片與導線連接處的焊錫嚴重氧化，導致斷路，剪斷插片直接用導線連接蓄電瓶蓄負極后，太陽能控制器負載端有電壓輸出，自動氣象站正常上傳資料。

1.3 數據采集器COM0口供電不穩(wěn)定

2019年5月20日上午，通過監(jiān)控發(fā)現，雪峰山無人值守自動氣象站從19日夜間21時45分起無數據上傳，到白天數據又恢復正常傳輸，根據以往的經驗，先從移動基站方面找原因，同移動公司聯系后，得到的答復是：移動基站沒問題。于是，我們于05月23日抵達站點，現場用替換法對自動站通訊模塊和SIM卡進行檢查，故障依舊，判斷通訊模塊和SIM卡沒有問題。我們把故障原因繼續(xù)鎖定在移動基站方面，經過同移動公司協(xié)調，5月29日，移動公司派出網優(yōu)部陳工、袁工和我們一道連夜趕往雪峰山無人值守自動氣象站，對現場信號進行測試，進一步確定移動基站沒有問題，接著，把無人值守自動氣象站2G通訊模塊替換為4G通信模塊，還是無數據上傳，回住地后分別拿備用的2G和4G通信模塊連接電腦進行脫機測試，發(fā)現通信模塊都能連通中心站服務器，所發(fā)送的數據包能接收、能處理，把脫機測試能上線的2G和4G通信模塊分別連接到自動氣象站數據釆集器上后還是不能上線，我們把懷疑對象轉移到自動氣象站的儀器上面，凌晨，我們又到站點現場仔細觀察了在用的4G通訊模塊指示燈的變化情況，發(fā)現網絡、工作、數據三個狀態(tài)指示燈依次點亮后，又同時熄滅，周而復始，通信模塊指示燈的這種變化方式還是第一次遇到，同生產廠家技術專家聯系，分析可能是數據釆集器COM1口供電有問題，把通訊模塊通過數據線連接到COM0口，通電后，通訊模塊瞬間啟動，指示燈正常閃爍，數據正常上傳[1]。

2雪峰山無人值守自動氣象站發(fā)生故障的原因分析

開關電源火線對零線跳火，表明輸入端火線與零線間阻值減小，引起短路，電路板上火線電流過大，銅箔被燒斷;接線插片與導線接處的焊錫嚴重氧化，電阻很大，導致斷路;數據采集器COM1串口供電不穩(wěn)定，白天溫度高，供電電路內阻減小，COM1竄口供電能力增加，夜間溫度低，COM1竄口供電能力不足，說明電路內部元器件接觸不良。

這些故障雖然發(fā)生在不同的部位，歸根結底與溫度和濕度等氣象條件密切相關，尤其是濕度影響最為明顯，儀器長期工作在惡劣環(huán)境下，加速內部電子元器件性能衰減、電路和焊點的氧化，引發(fā)隱性問題，因此，儀器設備的防潮、防腐非常重要。

3雪峰山無人值守自動氣象站儀器系統(tǒng)故障的防止措施

根據上述故障原因分析和儀器系統(tǒng)的現狀，為有效地防止或減少自動氣象站儀器系統(tǒng)故障，我們采取以下措施：

3.1 更換舊設備

（1）更換采集器。原用的數據采集器型號是ZQZ﹣BH 、地溫分采集器型號是ZQZ﹣BA，廠家已停止生產，由于嚴重老化，而且數據采集器還帶病工作，隨時都有崩潰的危險，因此，數據采集器、地溫分采集器分別更換為DZZ4型業(yè)務站用的WUSH-BH數據采集器和WUSH-RG地溫分采集器，可靠性、通用性更強。

（2）更換溫度和濕度傳感器。原用的溫濕度一體傳感器、地溫傳感器，長期在高濕、低溫環(huán)境下工作，性能衰減，更換新的溫濕度一體傳感器和地溫傳感器，提高數據的準確性。

（3）更換機箱。原用的數據采集器機箱、地溫分采集器機箱、電源機箱老化，密封不嚴，導致機箱內水汽重，上述機箱全部更換為新機箱。

（4）改造供電系統(tǒng)。原蓄電瓶容量偏小僅為38AH，更換容量為100AH的大蓄電瓶，原太陽能電板換為同型號的新太陽能電板，原開關電源更換為體積小、絕緣性好、電磁干擾小的進口原裝開關電源。

3.2 強化防護

分別在電源箱、數據采集器機箱、地溫分采集器機箱、溫濕傳感器信號線與信號傳輸電纜轉接盒里放置干燥劑，密封機箱空置穿線孔;剪除電纜線被氧化的部分，接頭壓接管形接線端子。

4結束語

2019年8月，雪峰山無人值守自動氣象站實施儀器故障系列防止措施后，運行狀態(tài)良好，據統(tǒng)計自2019年9月至2020年4月，數據傳輸及時率為99.86%，數據可用性為98.80%，運行質量明顯提高。

參考文獻

[1] 中國氣象局綜合觀測司.氣象裝備技術保障手冊.自動氣象站 [M].北京：氣象出版社，2011：117.