楊曉艷 蓋曉波

摘 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及氣象服務(wù)的實(shí)際需求，前向散射能見(jiàn)度儀作為一種現(xiàn)代化的新型大氣監(jiān)測(cè)設(shè)備，借助其較好的能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)以及背景光測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，已經(jīng)非常廣泛的應(yīng)用到常規(guī)氣象監(jiān)測(cè)工作中。前向散射能見(jiàn)度儀的主要特征在于精確度較高，便于安裝和攜帶，后期維護(hù)工作較為便利，在實(shí)際工作中，我們必須要努力做好對(duì)該設(shè)備的常見(jiàn)異常現(xiàn)象排查和日常維護(hù)工作。

關(guān)鍵詞：前向散射能見(jiàn)度儀；異?，F(xiàn)象；維護(hù)

能見(jiàn)度屬于大氣透明度的一個(gè)重要指標(biāo)，用目測(cè)方法進(jìn)行觀測(cè)可能會(huì)受到很多客觀因素的制約，數(shù)據(jù)采集的精確性也存在很大程度的限制。近年來(lái)我國(guó)氣象事業(yè)不斷發(fā)展，自動(dòng)化觀測(cè)儀器逐漸普及，氣象觀測(cè)工作人員的主要職責(zé)從過(guò)去單純的收集觀測(cè)資料向儀器設(shè)備技術(shù)保障、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等方向發(fā)展，因此我們?cè)趯?shí)際工作中必須要更加深入的研究與實(shí)踐。

一、儀器構(gòu)造及工作原理

（1）儀器構(gòu)造。

前向散射能見(jiàn)度儀屬于光學(xué)傳感器，其依靠前向散射測(cè)量原則來(lái)對(duì)大氣能見(jiàn)度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量的是大氣光學(xué)視程（MOR）。能見(jiàn)度儀包含了傳感器、采集器以及外圍設(shè)備構(gòu)成，其一般作為現(xiàn)代自動(dòng)站的一個(gè)傳感器掛接，安裝于觀測(cè)場(chǎng)西北角。前向散射能見(jiàn)度儀的測(cè)量范圍在其規(guī)范要求中被明確規(guī)定為10到30km，但因?yàn)樯a(chǎn)廠家和具體型號(hào)的差異性，其最大探測(cè)范圍也各有不同。

前向散射能見(jiàn)度儀供電：其能夠接入新型站主采集器，或者當(dāng)作是獨(dú)立的能見(jiàn)度儀設(shè)備連接串口服務(wù)器，當(dāng)前向散射能見(jiàn)度儀的傳感器直接與新型自動(dòng)站主采集器進(jìn)行連接的情況下，能夠依靠自動(dòng)站主采集器提供直流電壓，也能夠單獨(dú)提供交流電壓和蓄電池。獨(dú)立能見(jiàn)度儀一般直接提供交流電壓，同時(shí)也配置了專門的蓄電池[1]。

（2）工作原理。前向散射能見(jiàn)度儀是依靠測(cè)量散射光實(shí)際強(qiáng)度而獲得散射系數(shù)，從而對(duì)消光系數(shù)進(jìn)行估算，最終計(jì)算出氣象光學(xué)視程（MOR）。詳細(xì)來(lái)說(shuō)即是通過(guò)發(fā)射器發(fā)出近紅外光脈沖，通過(guò)接收器接收后測(cè)量經(jīng)過(guò)大氣散射后的光束，按照相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系最終得到氣象光學(xué)視程（MOR）。使用柯西米德定律對(duì)氣象光學(xué)視程進(jìn)行計(jì)算：

二、前向散射能見(jiàn)度儀的常見(jiàn)異常現(xiàn)象

（1）能見(jiàn)度儀無(wú)法工作。

能見(jiàn)度儀無(wú)法工作，工作狀態(tài)顯示空閑。針對(duì)這一異常現(xiàn)象的詳細(xì)檢修過(guò)程如下：運(yùn)行校準(zhǔn)程序，利用上位機(jī)發(fā)出READ命令，等候30min后如果上下位機(jī)皆未回應(yīng)，則可判定為線路故障。首先應(yīng)當(dāng)保持儀器處于關(guān)閉狀態(tài)，把操作端隔離轉(zhuǎn)換器短路，選擇萬(wàn)用表對(duì)工作端兩極電阻進(jìn)行測(cè)量，得到結(jié)果為2.5，則可表明通訊線纜并未中斷，再把所有連接部分?jǐn)嚅_(kāi)，進(jìn)行除銹操作后再次連接，開(kāi)機(jī)若依舊存在異常，可分別對(duì)操作端與工作端設(shè)備實(shí)施檢查，最終找出原因?yàn)殡娔X主板COM1口損壞，把隔離轉(zhuǎn)換器與COM2口進(jìn)行連接，同時(shí)把通信參數(shù)配置界面的串口名變更為COM2，重啟后異常現(xiàn)象排除。

（2）能見(jiàn)度示值偏高。

前向散射能見(jiàn)度儀運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)能見(jiàn)度數(shù)值現(xiàn)實(shí)大幅超過(guò)實(shí)際值，接收軟件界面卻依舊顯示儀器運(yùn)行狀態(tài)正常。對(duì)這一異?，F(xiàn)象的維修處理過(guò)程如下：首先需要了解引發(fā)這一異常問(wèn)題的原因，包括發(fā)射器故障、接收器故障以及發(fā)射器到接收器的光路被阻擋。我們打開(kāi)歷史資料，對(duì)發(fā)生異?，F(xiàn)象之前一段時(shí)間的檢測(cè)值進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)能量電壓信號(hào)值與+15V電源電壓值為8.1V、15V，屬于正常范圍，排除發(fā)射器故障原因；隨后進(jìn)行室外查看，發(fā)現(xiàn)儀器鏡片上存在較多灰塵，選擇脫脂棉球蘸無(wú)水乙醇進(jìn)行清潔，等待鏡片干燥后再次對(duì)能見(jiàn)度儀實(shí)施校準(zhǔn)，隨后異?，F(xiàn)象消失。

（3）無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

計(jì)算機(jī)無(wú)法接收數(shù)據(jù)，能見(jiàn)度值不能正常顯示。針對(duì)這一異?，F(xiàn)象的維修過(guò)程如下：對(duì)各通信參數(shù)實(shí)施檢查，對(duì)電源和線路狀況進(jìn)行查看，后發(fā)現(xiàn)室內(nèi)AC/DC電源適配器指示燈熄滅，重啟后依舊不良，可初步判定其為故障原因。進(jìn)行更換后指示燈亮，但依舊顯示無(wú)法接收數(shù)據(jù)，再次對(duì)通信接口、傳感器接口、COM口以及隔離轉(zhuǎn)換器等接口進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)均處于正常狀態(tài)，查看電源控制箱后其通電正常；對(duì)F1F2F3保險(xiǎn)絲進(jìn)行查看均處于正常狀態(tài)，能夠排除電源故障因素；選擇數(shù)字電壓表對(duì)信號(hào)電壓實(shí)施測(cè)量，15到27引腳電壓約為25mV，波動(dòng)不大，表明數(shù)據(jù)采集板處于正常工作狀態(tài)；選擇數(shù)字電壓表對(duì)室外長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器H+以及L-兩端電壓進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器存在故障，進(jìn)行更換后再選擇數(shù)字表測(cè)量有跳動(dòng)，到室內(nèi)用相同的辦法進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器也存在故障，進(jìn)行更換后再次打開(kāi)能見(jiàn)度軟件，此時(shí)已經(jīng)能夠正常顯示但數(shù)值相比實(shí)際數(shù)值較大，對(duì)儀器實(shí)施校準(zhǔn)后顯示正常。

三、前向散射能見(jiàn)度儀的日常維護(hù)

第一，在實(shí)際工作中，每個(gè)正點(diǎn)前10分鐘對(duì)能見(jiàn)度儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，如果存在數(shù)據(jù)異常情況第一時(shí)間進(jìn)行處理，或者啟動(dòng)維修方案。若無(wú)法采集到數(shù)據(jù)，不僅需要檢查業(yè)務(wù)軟件及其參數(shù)設(shè)置情況，查看線路的連接狀態(tài)，對(duì)能見(jiàn)度儀進(jìn)行斷電重啟，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)檢查數(shù)值上的異常跳動(dòng)是否是因?yàn)橥獠扛蓴_導(dǎo)致的，比如附近的煙塵，再對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行檢查。

第二，每天日出后以及日落之后印尼高檔對(duì)前向散射能見(jiàn)度儀進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)其附近出現(xiàn)蜘蛛網(wǎng)、鳥(niǎo)窩、灰塵等可能干擾數(shù)據(jù)采集的雜物，必須第一時(shí)間做好清除工作。臺(tái)站經(jīng)常會(huì)存在由于蜘蛛網(wǎng)或灰塵過(guò)多而導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)異常的問(wèn)題[2]。

第三，通常間隔兩個(gè)月需要對(duì)傳感器透鏡實(shí)施一次清洗，可結(jié)合設(shè)備安裝四周實(shí)際環(huán)境，合理控制透鏡清潔時(shí)間。鏡頭清潔除塵要選擇吹氣球?qū)⑸蠈踊覊m吹去，或者使用鏡頭筆輕輕地仔細(xì)地刷出灰塵。若能見(jiàn)度儀鏡頭上粘有異物，應(yīng)當(dāng)選擇照相機(jī)專門的鏡頭水實(shí)施清潔，在實(shí)際擦拭時(shí)要仔細(xì)小心，防止對(duì)能見(jiàn)度儀帶來(lái)?yè)p害。

第四，前向散射能見(jiàn)度儀安裝高度2.8m，必須要充分重視觀測(cè)場(chǎng)地附近的防雷問(wèn)題，另外還需要把傳感器地線、電源地線以及設(shè)備地線等進(jìn)行電位聯(lián)結(jié)，需要接入觀測(cè)場(chǎng)靜電接地網(wǎng)。在每年春季時(shí)對(duì)設(shè)備實(shí)施防雷檢測(cè)活動(dòng)中著重查看接地情況，檢驗(yàn)接地電阻是否滿足防雷要求，保證設(shè)備安全可靠。

四、小結(jié)

總而言之，前向散射能見(jiàn)度儀屬于氣象觀測(cè)作業(yè)中所用到的惡意中重要設(shè)備，儀器日常運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，異?，F(xiàn)象的產(chǎn)生基本上是由于維護(hù)不當(dāng)所導(dǎo)致的?，F(xiàn)階段，前向散射能見(jiàn)度儀的日常維護(hù)作業(yè)主要是臺(tái)站工作人員負(fù)責(zé)，我們應(yīng)當(dāng)在實(shí)際工作過(guò)程中積極學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提升專業(yè)維護(hù)能力，確保設(shè)備觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]冉金玉，劉姣.DNQ1/V35前向式散射能見(jiàn)度儀的日常維護(hù)及故障分析[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（12）：192-193.

[2]劉哲輝，叢旭日，李治君.XDN01前向散射能見(jiàn)度儀的幾個(gè)故障分析[J].山東氣象，2012，32（04）：54-55+76.