柳紅

摘要 介紹了前向散射能見度儀的構(gòu)成、工作原理和日常維護(hù)，對(duì)常見故障進(jìn)行了描述，并說(shuō)明了故障處理方法，幫助基層業(yè)務(wù)人員及時(shí)處理各類故障，為前向散射能見度儀正常運(yùn)行提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞 前向散射能見度儀；結(jié)構(gòu)；工作原理；日常維護(hù)；故障處理

中圖分類號(hào) P415.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 1007-5739（2016）09-0213-02

隨著自動(dòng)氣象現(xiàn)代化建設(shè)的推進(jìn)，許多觀測(cè)項(xiàng)目由人工觀測(cè)改為自動(dòng)觀測(cè)，2015年淄川區(qū)氣象局安裝了前向散射能見度儀，主要用于自動(dòng)觀測(cè)能見度和視程障礙類天氣現(xiàn)象。通過(guò)近1年的使用，確實(shí)減輕了基層業(yè)務(wù)人員的工作量，業(yè)務(wù)改革成效顯著。由于使用時(shí)間較短，在實(shí)際工作中部分業(yè)務(wù)人員對(duì)前向散射能見度儀的工作原理和維修維護(hù)技術(shù)的了解還不夠全面，現(xiàn)著重從該儀器的工作原理和日常維修維護(hù)方面進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明。

1 儀器結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 儀器結(jié)構(gòu)

前向散射能見度儀，由硬件和軟件組成。其既可作為獨(dú)立設(shè)備與微機(jī)終端連接組成能見度自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，也可以作為能見度分采集系統(tǒng)掛接在其他采集系統(tǒng)上。

作為獨(dú)立設(shè)備的前向散射能見度儀至少應(yīng)包含以下3個(gè)部分：采集器、傳感器和支架。為保證設(shè)備良好運(yùn)行還應(yīng)包括供電電源、電源防雷器和蓄電池等；且可選配無(wú)線通信模塊（圖1）。

1.2 硬件

1.2.1 傳感器與數(shù)據(jù)采集器。傳感器部分包括發(fā)射器、接收器和控制處理器等。數(shù)據(jù)采集部分指數(shù)據(jù)采集箱。數(shù)據(jù)采集箱可以安裝在室內(nèi)，也可以安裝在室外。

1.2.2 系統(tǒng)電源。系統(tǒng)所用電源為直流12 V。配有蓄電池，并對(duì)蓄電池浮充充電，以備市電停電時(shí)可由蓄電池進(jìn)行供電。

1.2.3 通信接口與通訊模塊。聯(lián)接采集器與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與中心站、采集器與中心站等的通信聯(lián)接設(shè)備。通信接口使用RS-232或RS-485。通過(guò)外接無(wú)線傳輸模塊，可以擴(kuò)展通信距離。無(wú)線傳輸模塊的類型有 GPRS、CDMA等。無(wú)線傳輸時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳輸，至少可同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)到2個(gè)數(shù)據(jù)中心站。

1.2.4 計(jì)算機(jī)。前向散射能見度儀獨(dú)立運(yùn)行時(shí)應(yīng)配備計(jì)算機(jī)，作為數(shù)據(jù)接收終端，并實(shí)現(xiàn)對(duì)能見度儀的監(jiān)控、能見度數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，計(jì)算機(jī)應(yīng)能滿足業(yè)務(wù)軟件運(yùn)行的基本配置要求。

1.3 軟件

1.3.1 采集軟件。采集軟件由廠家提供，寫在采集器中，必須遵守本規(guī)范及其他氣象技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。至少具備如下主要功能：可以對(duì)參數(shù)和系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整；采集的傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理形成能見度觀測(cè)值；存儲(chǔ)和傳輸能見度觀測(cè)值；運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

1.3.2 業(yè)務(wù)軟件。軟件根據(jù)實(shí)際情況需要進(jìn)行編制。其主要功能包括參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)文生成、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。

1.3.3 采樣和算法。采樣：每分鐘至少采樣4次。算法：1 min能見度值（也稱為瞬時(shí)值），每分鐘輸出1個(gè)數(shù)據(jù)。

（1）1 min內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。

式（1）中：Y—1 min觀測(cè)時(shí)段內(nèi)氣象變量的平均值；yi—1 min觀測(cè)時(shí)段內(nèi)第i個(gè)氣象變量的采樣瞬時(shí)值（樣本），其中，“錯(cuò)誤”等非“正確”的樣本應(yīng)丟棄而不用于計(jì)算，即令yi=0；N—1 min觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的樣本總數(shù)，由“采樣頻率”和“平均值時(shí)間區(qū)間”決定；m—1 min觀測(cè)時(shí)段內(nèi)“正確”的樣本數(shù)（m≤N）。

（2）10 min平均值。1 min輸出1次10 min平均值，是在1 min能見度值（瞬時(shí)值）基礎(chǔ)上的10 min滑動(dòng)平均。

1.4 工作原理

前向散射能見度儀的發(fā)射器與接收器在一定距離的兩處，同時(shí)成一定的角度。由于接收器只能接收大氣的前向散射光，所以通過(guò)測(cè)量散射光強(qiáng)度，得出散射系數(shù)，進(jìn)而估算出消光系數(shù)（圖2）。根據(jù)柯西米德定律計(jì)算氣象光學(xué)視程（MOR），其公式如下：

2 日常維護(hù)與故障處理方法

2.1 日常維護(hù)

為了保證儀器的正常運(yùn)行，應(yīng)做好對(duì)儀器的日常巡視、維護(hù)等工作。一是觀察期間，每個(gè)整點(diǎn)前10 min應(yīng)查看觀測(cè)數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或異常應(yīng)及時(shí)處理。二是每日日出后和日落前巡視能見度儀，如果發(fā)現(xiàn)有影響數(shù)據(jù)采集的雜物，要及時(shí)進(jìn)行清除。為避免損傷眼睛，禁止長(zhǎng)時(shí)間直視發(fā)射端鏡頭。三是每月應(yīng)檢查供電設(shè)施，確保供電安全。四是一般每2個(gè)月定期清潔傳感器透鏡，切忌長(zhǎng)時(shí)間直視發(fā)射端鏡頭。五是定期檢查、維護(hù)的情況應(yīng)記入值班日志中。六是對(duì)能見度自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)有影響的還要摘入備注欄。七是檢查時(shí)應(yīng)盡量避免用手電筒等光源照射能見度觀測(cè)設(shè)備。此外，前向散射能見度儀在運(yùn)行中，切忌長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)直視發(fā)射端鏡頭[1-2]。

2.2 常見故障處理

2.2.1 缺少信息。第一步檢查終端設(shè)置是否正確。先更改波特率，例如，更改為9 600 bps。檢查是否有7個(gè)數(shù)據(jù)位、偶數(shù)奇偶性和1個(gè)停止位。 第二步發(fā)出OPEN命令，再發(fā)出其他命令以查看DNQ1/V35是否已處于命令模式。第三步前往設(shè)備位置。隨身攜帶維護(hù)PC（終端）、工具和校準(zhǔn)儀裝置。第四步檢查DNQ1/V35是否加電。打開PWC10/20/50電子器件外殼蓋子，查看運(yùn)行和信號(hào)/偏移LED是否閃爍。第五步，如果LED未打開要檢查電源電壓、所有接頭是否都正確插入。第六步，如果紅色LED閃爍（閃爍1次/s表示運(yùn)行正常），則將維護(hù)終端連接到RS端口，然后檢查第一步和第二步[3-4]。

2.2.2 信息存在，但能見度值不存在。第一步，DNQ1/V35控制電子器件可能正在運(yùn)行，使用STA命令檢查狀態(tài)信息，如果有任何活動(dòng)警報(bào)，則能見度值不存在，要特別檢查P12、M12、BACKSCATTER和LEDI。第二步，前往DNQ1/V35位置，檢查電纜接頭、接收單元和發(fā)射單元裝置（卸除這些裝置時(shí)，要遵循操作要求）。

2.2.3 能見度持續(xù)過(guò)低?？赡苁?種情況：一是檢查護(hù)罩的情況；二是嘗試為接收單元/發(fā)射單元光學(xué)器件找到一個(gè)更好的方向；三是電氣故障，可參照“信息存在，但能見度值不存在”處理。前向散射能見度儀設(shè)有防連接到供電線的反極性功能，如果供電線連接到非電源的引線，那么可能會(huì)發(fā)生損害，具體取決于電源的饋電電壓和限流功能。

2.2.4 儀器沒有響應(yīng)。這種情況下，可執(zhí)行以下操作：檢查連接?？梢酝ㄟ^(guò)RS-232維護(hù)線對(duì)DNQ1/V35進(jìn)行診斷；檢查波特率，出廠默認(rèn)值為9 600，7，E，1；打開接收單元的蓋子；連接電源并觀察內(nèi)部LED。初始化順序（3 s）：LED4紅燈亮（信號(hào)變亮/偏移關(guān)閉），LED3黃燈亮（運(yùn)行，1 Hz），LED2紅燈關(guān)閉（傳輸數(shù)據(jù)），LED1黃燈關(guān)閉（接收數(shù)據(jù)）。啟動(dòng)順序（1 s）：LED4紅燈亮（信號(hào)變亮/偏移關(guān)閉），LED3黃燈關(guān)閉（運(yùn)行，1 Hz），LED2紅燈關(guān)閉（傳輸數(shù)據(jù)），LED1黃燈關(guān)閉（接收數(shù)據(jù)）。運(yùn)行順序從頭開始：LED4紅燈亮10 s/關(guān)閉5 s，連續(xù)順序LED3黃燈閃爍，1 Hz發(fā)送初始化字符串時(shí)，LED2紅燈短暫亮一下（傳輸數(shù)據(jù)），LED1黃燈關(guān)閉（接收數(shù)據(jù)）；如果順序正確并且發(fā)送指示燈有響應(yīng)，可檢查以下項(xiàng)：初始化字符串“PWDxxVn.nnyyyy-mm-dd SN：___”應(yīng)響應(yīng)維護(hù)終端，如果響應(yīng)無(wú)法理解要檢查終端的通信設(shè)置，可嘗試使用其他期望的波特率；如果LED未亮，檢查內(nèi)部接頭連接，可進(jìn)行以下測(cè)量：測(cè)量輸入電壓：X1-5=電源GND，X1-4=電源+V；如果LED是亮的但順序反復(fù)啟動(dòng)，進(jìn)行以下操作：檢查電纜終端，了解是否與鄰接的引線構(gòu)成短路。使用供電能力更強(qiáng)的電源（電源可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入限流狀態(tài)）。使用更大電源電壓（最大為55 VDC），這有助于啟動(dòng)需要的電流。

3 結(jié)語(yǔ)

前向散射能見度儀的投入使用是地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化程度提高的具體體現(xiàn)，在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同種類的故障，但是只要業(yè)務(wù)人員了解工作原理，同時(shí)認(rèn)真做好日常的維護(hù)工作，必將大大降低故障的出現(xiàn)幾率，如果出現(xiàn)故障，也不要慌張，可以參照本文中列舉的故障現(xiàn)象進(jìn)行一一排除。當(dāng)然，在實(shí)際工作中，可能還會(huì)出現(xiàn)其他的故障，但是只要業(yè)務(wù)人員在工作中多觀察、多分析、多動(dòng)腦、多積累，儀器保障能力一定會(huì)不斷提高。在出現(xiàn)故障時(shí)，力爭(zhēng)在最短時(shí)間內(nèi)排除故障，確保能見度儀處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

4 參考文獻(xiàn)

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