新型自動(dòng)氣象站儀器設(shè)備運(yùn)行故障及日常維護(hù)

張耀春

內(nèi)蒙古錫林浩特國(guó)家氣候觀象臺(tái)，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000

新型自動(dòng)氣象站能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣象資料的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與處理，能夠適應(yīng)現(xiàn)代氣象發(fā)展的需要，在氣象災(zāi)害的防治工作中起著舉足輕重的作用。由于其具有使用方便、準(zhǔn)確率高、處理時(shí)間短等特點(diǎn)，使得被廣泛運(yùn)用于氣象預(yù)測(cè)中。以往的氣象觀測(cè)多以人工方式進(jìn)行，人為因素對(duì)其觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性影響較大，加之需要24 h連續(xù)觀測(cè)，導(dǎo)致工作效率低，資料收集、天氣預(yù)測(cè)精度下降。隨著科技的發(fā)展，氣象站內(nèi)各種新的自動(dòng)化儀器、設(shè)備的技術(shù)水平得到了極大的提高，這也極大地提高了氣象資料的準(zhǔn)確度和工作效率，減輕了氣象工作者的工作負(fù)擔(dān)，為氣象工作的順利進(jìn)行提供了有力的保障。與此同時(shí)，高科技的儀器設(shè)備在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中也難免會(huì)出現(xiàn)故障的情況，為確保儀器設(shè)備的正常運(yùn)行，必須做好日常的維護(hù)工作。

1 新型自動(dòng)氣象站概況

新型自動(dòng)氣象站是一種能夠?qū)庀笥^測(cè)資料進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)與儲(chǔ)存的設(shè)備，主要包括軟件和硬件2個(gè)系統(tǒng)。新型自動(dòng)氣象站的硬件系統(tǒng)部分包括采集裝置、傳感器、外部總線和周邊裝置，采用外接總線技術(shù)對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充和調(diào)整。采集機(jī)和終端電腦的串口數(shù)據(jù)通訊采用長(zhǎng)條傳輸。新型自動(dòng)氣象站系統(tǒng)之間存在著相互補(bǔ)充的關(guān)系，如果有一個(gè)部件出現(xiàn)問題，將會(huì)對(duì)觀測(cè)工作產(chǎn)生不利的影響，其在使用過程中，會(huì)發(fā)生各種各樣的故障。員工應(yīng)根據(jù)這些問題的不同情況，找出問題所在，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，保證新型自動(dòng)氣象站能夠正常運(yùn)行。目前，新型自動(dòng)氣象站不只是停留在氣象事業(yè)中的應(yīng)用，其還被廣泛運(yùn)用于林業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域，在社會(huì)生產(chǎn)和生活的發(fā)展和進(jìn)步中扮演著重要的角色[1]。

新型自動(dòng)氣象站可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種氣象指標(biāo)，如溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、氣壓、光合輻射、蒸發(fā)、土壤溫度、土壤濕度等，并可根據(jù)具體情況靈活地安排氣象要素。此外，它可以在很多自然條件下工作，通過精密的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)收集各種數(shù)據(jù)，具備海量的存儲(chǔ)能力，可以長(zhǎng)期保存大量的氣象資料，方便統(tǒng)計(jì)分析不同行業(yè)的氣候變化。新型自動(dòng)氣象站通常使用降雨感應(yīng)器獲取降雨資料，而在感應(yīng)器上方有一個(gè)傾盆器，當(dāng)收集到足夠的降雨后，就會(huì)傾瀉到下方的量筒內(nèi)，由設(shè)于量筒上的感應(yīng)器將降雨資料轉(zhuǎn)換為電子訊號(hào)，由無線訊息傳送至資料中心進(jìn)行處理。自動(dòng)氣象站通常采用溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，其具有測(cè)量大氣、土壤、水等多種功能，應(yīng)用范圍廣，適合于不同的環(huán)境。與傳統(tǒng)的小型氣象站相比，新型自動(dòng)氣象站以LED顯示技術(shù)為基礎(chǔ)，具有時(shí)效性強(qiáng)、覆蓋面廣、傳輸內(nèi)容靈活、可控性強(qiáng)、信息多樣化、預(yù)警符號(hào)顯示突出、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，為各類氣象預(yù)警信息的及時(shí)發(fā)布開辟了一條新的、專業(yè)化的道路。新型自動(dòng)氣象站是一種在室外進(jìn)行觀測(cè)的設(shè)備，在運(yùn)行時(shí)，不可避免地會(huì)受到雷雨、暴風(fēng)雪、烈日等自然氣候的影響。在這種惡劣的天氣條件下，安裝了一個(gè)不銹鋼的金屬支架和一個(gè)戶外的保護(hù)箱，可以保證其在惡劣的環(huán)境下正常工作。

2 新型自動(dòng)氣象站儀器設(shè)備運(yùn)行故障

2.1 采集器采集單元故障

閃電會(huì)使主采集盤和采集裝置受到破壞，或受到 EMI干擾，也會(huì)影響到正常的數(shù)據(jù)收集。由于采集設(shè)備的故障，往往不能將觀測(cè)到的資料上傳至電腦，造成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，從而引發(fā)部門的氣象資料丟失和代碼混亂等問題。因此，必須對(duì)采集裝置中的通訊部件的有關(guān)參數(shù)設(shè)定進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)所觀測(cè)到的資料進(jìn)行人工分類和處理。若采集裝置上的指示燈不正常地閃爍，而直流及交流輸入指示燈仍能正常工作，說明該采集裝置已失靈，需進(jìn)行專門的維修。

2.2 氣壓傳感器故障

如果壓力傳感器的壓力值出現(xiàn)異常波動(dòng)，則應(yīng)檢測(cè)其接頭部位。另外，要注意空氣壓力傳感器的排氣口有無雜質(zhì)，如果壓力傳感器出現(xiàn)問題，要馬上關(guān)掉，如果沒有故障，那就需要更換新的壓力傳感器[2]。

2.3 溫濕度傳感器故障

如溫度過高，則采用硬體試驗(yàn)法，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，并與實(shí)測(cè)電阻進(jìn)行比較，如超過標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時(shí)更換傳感器。發(fā)現(xiàn)有溫度示值不穩(wěn)、間斷的異常、缺測(cè)等異常情況時(shí)，要檢查接線端子有沒有虛接、生銹、電線有沒有損壞、有沒有被老鼠啃過、屏蔽導(dǎo)線的接地等情況，如果有則應(yīng)及時(shí)更換傳感器，并將松動(dòng)的電線固定好。如果濕度沒有變化或者超差，那么要用萬用表測(cè)量傳感器的電源是否正常，再根據(jù)濕度檢查傳感器的輸出電壓，如果不符合，就要進(jìn)行更換。檢查感應(yīng)器的表面有沒有大量的污垢，如果有，請(qǐng)仔細(xì)擦拭灰塵并清洗濾芯。如果濕度變化不定，要檢查電線的接線是否牢固，出現(xiàn)松動(dòng)要重新接上。

2.4 雨量傳感器故障

在地面氣象條件下，若有降雨，而降雨感應(yīng)器沒有記錄，此時(shí)要對(duì)感測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。若雨量較小，傳感器無記錄，則可能是感測(cè)器的測(cè)量準(zhǔn)確度不夠或集水器有問題，應(yīng)改善傾覆機(jī)動(dòng)性；若有大量的降雨，但是沒有任何的感應(yīng)記錄，應(yīng)仔細(xì)檢查雨水感應(yīng)器，查看是否存在障礙，并且在同一時(shí)間進(jìn)行清洗。一般情況下，最容易發(fā)生阻塞的地方是小型的漏斗和排水孔。一旦這些地區(qū)被阻塞，就必然造成雨水不能流入計(jì)量桶，計(jì)量桶不能準(zhǔn)確測(cè)量。此外，還要對(duì)翻斗車進(jìn)行檢查，查看是不是因翻斗車變形而導(dǎo)致翻斗車不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，造成不正常的測(cè)量；如有變形，應(yīng)立即進(jìn)行更換。若感應(yīng)器內(nèi)部無問題，應(yīng)檢查訊號(hào)、導(dǎo)線、簧片開關(guān)、螺桿等，并確認(rèn)其是否完好；如有問題，應(yīng)立即進(jìn)行維修。如果需要，必須進(jìn)行替換，以維持雨水傳感器的工作狀態(tài)。

2.5 風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障

因?yàn)轱L(fēng)向傳感器長(zhǎng)期處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，軸承會(huì)由于摩擦而產(chǎn)生故障，從而引起旋轉(zhuǎn)阻力的持續(xù)增大，進(jìn)而造成旋轉(zhuǎn)的柔韌性不足。在對(duì)風(fēng)向進(jìn)行觀察時(shí)，如果一個(gè)方向或幾個(gè)方向沒有改變，就可以判定為一個(gè)方向不完整的風(fēng)向傳感器。一般情況下，值班人員難以察覺到這種故障，必須仔細(xì)查看，并根據(jù)雷達(dá)、 EWIPS、地面月報(bào)表等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通常出現(xiàn)這種故障的原因是格雷碼的風(fēng)向受損。對(duì)此，測(cè)報(bào)人員要及時(shí)解決。如果風(fēng)杯不能正常旋轉(zhuǎn)，測(cè)報(bào)人員應(yīng)先檢查風(fēng)杯總成，看看是否有松動(dòng)，如有松動(dòng)，要立即擰緊或更換。如果出現(xiàn)開度過高的問題，通常是由于儀器的老化和潤(rùn)滑的干燥等原因造成，相關(guān)人員應(yīng)立即進(jìn)行清洗和維修，或者直接更換[3]。

2.6 綜合集成硬件控制器故障

在DZZ5型自動(dòng)氣象站的主采儀與值班室的通訊線路相連接后，在正常的傳輸條件下，自動(dòng)臺(tái)的工作和通訊都在正常的條件下，可以初步判定該系統(tǒng)的集成硬件控制器有問題。此時(shí)，先關(guān)掉商業(yè)軟件，然后打開串口助手，調(diào)整一下頻率和觀察裝置的設(shè)置，然后給系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)命令，如果這個(gè)命令是正確的，那就是商業(yè)軟件出現(xiàn)了問題。如果沒有資料傳回，則是由于綜合硬件控制器或觀察設(shè)備出現(xiàn)故障，必須進(jìn)行維修或更換。另外，在實(shí)際工作中，光纖容易斷裂，室內(nèi)外的 RT燈通常熄滅，但在不完全斷裂的情況下，燈泡仍能正常工作，這時(shí)要使用專用的測(cè)量?jī)x器對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，如果出現(xiàn)問題，必須立即修理或更換。

2.7 地溫變送器故障

在新型自動(dòng)氣象站的地溫傳感器中，一般都是在距離地表較淺的地溫和深度地溫傳感器之間連線的中間位置，與地表之間的間隔不少于0.5 m，并保證其具有良好的接地性能，并使采集器能夠與12個(gè)接口上的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)數(shù)、延時(shí)、控制電路等工作，并保證12個(gè)接口能夠正常地與采集器相連接。一般故障發(fā)生在淺部地溫采集資料上，若發(fā)現(xiàn)異常，可采取排除方法，先檢查電腦是否正常，若電腦無異常，再檢查地面溫度或其他外界因素，若無影響，則表示地面溫度計(jì)發(fā)生故障。此時(shí)，觀察人員需要檢查與地溫傳感器相連的電纜是否存在問題，若電纜正常，那就檢查插在地溫傳感器里的芯片，如果沒有問題，可以把1～4的地溫終端和18～21的地溫終端交換。為了檢查淺層溫度是否還存在異常，可以將標(biāo)準(zhǔn)表和溫度傳感器放入清水中，若溫度偏差大于0.5℃，則表示地溫傳感器有問題，而只要更換溫度傳感器，就能解決淺部溫度數(shù)據(jù)異常的問題。

2.8 計(jì)算機(jī)通訊故障

好的通信模塊既能保證自動(dòng)氣象站穩(wěn)定工作，又能極大地提高自動(dòng)氣象站的監(jiān)測(cè)質(zhì)量。在實(shí)際觀測(cè)中，由于雷電等原因，可能會(huì)導(dǎo)致通信線路的故障，從而導(dǎo)致新型自動(dòng)氣象站與計(jì)算機(jī)無法進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信，從而影響到觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，以及氣象預(yù)報(bào)的質(zhì)量。面對(duì)這一故障，觀察員應(yīng)檢查電纜與電腦之間的通信方式，檢查通信方式有無異常，通信軟件的串行隔離，串行接口的設(shè)置有無異常[4]。若通訊系統(tǒng)的串口組態(tài)與串口隔離器均有異常，觀察員可將2個(gè)串口隔離器同時(shí)移除，并將2個(gè)端口連接，然后檢查電腦與自控臺(tái)能否進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，若能，則表示串口隔離器已受損，重新更換串口隔離器，即可解決問題。若有問題仍未消除，應(yīng)立即上報(bào)給上級(jí)部門，由專門的通訊專家對(duì)其進(jìn)行檢查，并及時(shí)處理，確保電腦正常、平穩(wěn)地工作，保證自動(dòng)氣象站的觀測(cè)品質(zhì)。

3 新型自動(dòng)氣象站儀器設(shè)備的日常維護(hù)

3.1 雨量傳感器

在自動(dòng)氣象站的維修保養(yǎng)工作中，每個(gè)月都要進(jìn)行一次雨水感應(yīng)器的檢查和維修，要及時(shí)清理有淤泥的地方，并檢查翻斗的彈性。自采用重力式重力傳感器以來，新型自動(dòng)氣象站已能夠監(jiān)測(cè)固體降雨。觀察員要定期清潔雨水感應(yīng)器，清潔稱重傳感器的嘴邊緣的蜘蛛網(wǎng)，并把水桶里的東西清理掉，確保不會(huì)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)造成任何影響。出現(xiàn)暴雨時(shí)，一定要檢查水桶，以免造成測(cè)量的誤差。冬季溫度偏低，應(yīng)及時(shí)加入防凍劑，避免桶內(nèi)的液體結(jié)冰，并及時(shí)將桶外的雪清理干凈。

3.2 溫濕度傳感器

新式自動(dòng)氣象站的溫度、濕度感應(yīng)器大多安裝在離地1.5 m的百葉箱內(nèi)，維修人員要定期清除百葉箱內(nèi)的污垢和塵埃，保證百葉箱內(nèi)部的空氣能與外界正常的交換。在有條件的情況下，需要對(duì)溫、濕度傳感器進(jìn)行定期的校準(zhǔn)，在測(cè)量結(jié)果有偏差時(shí)，應(yīng)調(diào)整標(biāo)有“DRY”“WET”的電位差儀。在使用感應(yīng)器時(shí)，會(huì)有一些粉塵掉落在感應(yīng)器上，要用小毛刷清洗，盡量不要把感應(yīng)器放在有腐蝕性的有機(jī)溶劑中，這樣才不會(huì)影響到其正常的工作和使用。

3.3 采集器

采集器是自動(dòng)氣象站的關(guān)鍵部件，在氣象工作中起著舉足輕重的作用。在采集器設(shè)備的日常維修中，應(yīng)檢查箱體底部的出線孔是否密封，不得放置其他設(shè)備，并定期清理收集器表面的灰塵和其他雜物，確保在拔出和插上接線柱或更換新的感應(yīng)器時(shí)斷開電源。

3.4 氣壓傳感器

在進(jìn)行氣壓傳感器的機(jī)箱安裝工作時(shí)，應(yīng)小心地開啟機(jī)箱的門，以便避免過大的氣流對(duì)壓力傳感器的工作造成影響。保證其通透，防止粉塵、雜物等堵塞壓力傳感器，從而影響到壓力傳感器的工作[5]。

3.5 綜合集成硬件控制器

為了避免由于集成式硬件控制器的光纖端口被污染而影響觀察資料的傳送，因此在平常的情況下，當(dāng)有插拔光纖時(shí)，應(yīng)使用脫脂棉和酒精清洗和保養(yǎng)。另外，要經(jīng)常更換電池，加強(qiáng)內(nèi)部的光電變換器的維修，以保證一體化的硬件控制系統(tǒng)的正常工作。

3.6 風(fēng)傳感器

要做好對(duì)風(fēng)傳感器的保養(yǎng)，確保風(fēng)向和風(fēng)帽的穩(wěn)定、靈活，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。在遇到大風(fēng)、沙塵暴、暴風(fēng)雨等天氣后，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)風(fēng)敏元件的指針等部位，并科學(xué)地清洗附著在零件上的雜質(zhì)、污物，注意保養(yǎng)操作法，輥軸應(yīng)在密閉、不沾塵的環(huán)境下進(jìn)行加工。

3.7 地溫傳感器

新型自動(dòng)氣象站儀器設(shè)備的日常維護(hù)工作，還要注意地溫傳感器的維護(hù)。尤其要注意地溫傳感器在雨季的保養(yǎng)，及時(shí)檢查傳感器的接頭有無問題，安裝狀態(tài)是否符合有關(guān)的規(guī)范，并確保地面平整、疏松。

新型自動(dòng)氣象站是一種以綜合硬件控制器為核心的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其儀器設(shè)備故障原因有很多，其中有軟硬件損壞、環(huán)境干擾等，還有一些故障是由于使用不當(dāng)或維修工具不正確所致。氣象站工作人員根據(jù)本研究提出的維修建議，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，可大幅降低故障發(fā)生率。根據(jù)研究提出的故障診斷思想，能夠?qū)ψ詣?dòng)站進(jìn)行故障診斷，使其恢復(fù)正常運(yùn)行，從而使故障持續(xù)時(shí)間大為縮短。但在實(shí)際維護(hù)工作中，由于各種原因造成的故障錯(cuò)綜復(fù)雜，只有通過不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，充實(shí)知識(shí)庫(kù)，才能提高自動(dòng)站維護(hù)工作的效率，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)采集與傳遞，進(jìn)而提高服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

新型自動(dòng)氣象站設(shè)備儀器的正常運(yùn)行對(duì)氣象監(jiān)測(cè)工作而言至關(guān)重要。在具有先進(jìn)科學(xué)技術(shù)支撐的新型自動(dòng)氣象站設(shè)備儀器的運(yùn)行過程中，難免會(huì)發(fā)生各種各樣的故障問題，影響氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。因此，新型自動(dòng)氣象站設(shè)備儀器的日常維護(hù)工作必不可少。相關(guān)工作人員必須準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和把握新型自動(dòng)氣象站采集器、氣壓傳感器、溫濕度傳感器、雨量傳感器、風(fēng)向風(fēng)速傳感器、綜合集成硬件控制器、地溫變送器、計(jì)算機(jī)通訊等不同儀器設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的原因和現(xiàn)象，并采取有針對(duì)性的、科學(xué)有效的措施進(jìn)行解決。在新型自動(dòng)氣象站設(shè)備儀器的日常維護(hù)工作中，要確保維護(hù)工作足夠全面，真正將維護(hù)工作落到實(shí)處[6]。分析新型自動(dòng)氣象站設(shè)備儀器運(yùn)行的常見故障，落實(shí)設(shè)備儀器的日常維護(hù)工作，能夠?yàn)樵O(shè)備儀器的正常運(yùn)行提供保障，助力氣象站的進(jìn)一步發(fā)展，最大限度地發(fā)揮出新型自動(dòng)氣象站的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，從而為氣象事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。