超声风传感器故障排除个例分析

刘宝君 侯建伟

摘要：WS425型风传感器由于其探测原理先进，探测精度高，能够适应各种恶劣环境，易于维护等特点，因此广泛用于气象、航空、公路、铁路以及能源等领域，在我国的气象观测中，该型产品已成为标准的测风仪器，使用非常普遍。由于该设备比较精密，采用了很多高科技的技术，因此一旦出现故障，维修起来比较复杂。本文通过对一次超声风传感器故障维修，简要介绍了超声风传感器原理、参数设置方法及故障排除的流程，以供同行借鉴。

关键词：超声风；传感器；故障；分析

中图分类号：P41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

WS425型风传感器由于其探测原理先进，探测精度高，能够适应各种恶劣环境，易于维护等特点，因此广泛用于气象、航空、公路、铁路以及能源等领域，在我国的气象观测中，该型产品已成为标准的测风仪器，使用非常普遍。由于该设备比较精密，采用了很多高科技的技术，因此一旦出现故障，维修起来比较复杂。

1 超声测风原理

WS425型风传感器应用超声波探测水平风向风速（图1）。测量原理基于超声传输时间，超声波从一个探头传送到另一个探头所需时间与风速及超声通道有关。该型探测器有三个探头，每个探头既是发射端也是接收端，双向测量传输时间，超声波在探头之间的实际传输速度在逆风时是超声波理论传输速度加风速，而顺风时的传输速度则是理论传输速度减去风速，零风速发送和返回的传输时间相等。通过对两种传输时间的测量，从而计算出通路间的风速（图2）。

图1 WS425型超声风传感器 图2 超声波探测风速原理图

2 技术指标

WS425有两种型号：标准型和加热型两种。WS425超声风传感器工作电压12V，加热性的传感探头内配备恒温控制加热器，加热装置需要36V电压。风速分辨率0.1米/秒，准确度± 0.135 米/秒；风向分辨率1°，准确度±2°。其性能指标均优于长臂单叶风向传感器和三杯风速传感器。

3 故障发现

由于超声风传感器利用声学方法测量，较传统有旋转部件测风仪器具有精度高、响应快及故障率低等优点，因此，在青岛区域自动站中太平角、奥帆基地以及海岛站等较为重要的测站都采用超声风传感器。

2011年8月26日，奥帆基地自动站无数据。经现场检查，原因是市电断路，测试备用电源电池的电压为11伏，远低于正常值。分析原因是在无市电供给的情况下，备用电池电量殆尽，无法带动设备工作。给自动站加市电后，温度、湿度、气压等测量要素恢复，但风向、风速数据仍没有。

4 故障分析

测量超声风传感器输入电压 12V，说明设备供电正常。通电后，可以听到超声波的声音，初步判断超声风硬件无故障，故障原因可能是超声风传感器断电，造成传感器内部设置信息丢失。由于超声风传感器直接输出数字信号，因此可直连电脑进行调试。

5 故障排除

对照WS425超声风传感器接线（见表1），选用一根RS-232串口通讯线缆，将计算机、超声风传感器与电源连接。

表1超声风传感器接线

引脚 信号

1 12伏地线

3 36伏地线

8 信号地线

9 信号输出

10 信号输入

11 正12伏

16 正36伏

在计算机显示桌面上，点击“开始”→“程序”→“附件”→“通讯”→“超级终端”选项，建立一个“新建连接”，选择连接选用的端口，参照表2所给的参数修改“端口设置”并确认。

表2 RS-232接口设置

参数名称 标准值

波特率 9600b

奇偶校验 N

数据位 8

停止位 1

数据流控制 无

连接后，在超级终端界面下输入OPEN命令，没有任何信息输出，说明计算机与超声风传感器未建立通讯。通过更改不同的波特率，发现当波特速率设置为2400b时，可进行通信连接。用OPEN命令打开与WS425的通信链路，查看当前配置信息。对照超声风传感器参数信息表（见表3）。逐项进行比较，发现Average Interval （seconds） 项以及Baud Rate项数值发生变化，按照本站参数值进行修改后，选择菜单12，存储当前配置，选择菜单14退出配置界面。输入CLOSE命令，关掉命令模式。重新加电后，故障排除设备恢复正常。

表3 超声风传感器参数信息表

序号 参数设置菜单 参数值 本站设置参数值

1 Operation Mode（风速模式） Handar RS232

NMEA Standard

NMEA Extended

WAT11 NMEA Standard

2 Wind Speed Units（风速单位） Miles/Hour

Knots

Kilometers/Hour

Meters/Second Meters/Second

3 Average Interval （seconds） （平均间隔） Select 1-9 second Average Interval

3

4 Averaging Method（平均方法） Scalar Vector Scalar

5 Output Interval （seconds， 0 for polled） （输出区间） Select 0 for Polled， 1-9 seconds for Self-Timed Output Rate 3

6 Sensor ID Character（传感器 ID码） Select ID A-Z A

7 Wind Direction Coast Threshold （speed units） （风向起始阈值） Select Direction Coast Threshold 0.0-9.9 0.0

8 Head Orientation（头部定位） Up Down Up

9 Baud Rate（波特率） 1200b

2400b

4800b

9600b

19200b

9600b

10 Parity（奇偶校验） None

Odd

Even

None

11 Data Bits（数据位数） Select Data Bits 7 or 8 8

12 Save Configuration（存设置）

13 Do Zero Speed Calibration（零风速校准）

14 Resume Operation（恢复操作）

6 结束语

WS425超声风传感器虽然无转动部件，具有抗腐蚀和防污染的特性，故障率大幅降低。但在使用过程中，由于停电或其它一些不明原因会造成设置参数的丢失，需要在维护工作中注意。

参考文献

[1] VAISALA公司 VAISALA WINDCAP ULTRASONIC WIND SENSOR WS425 USERS GUIDE [M] VAISALA

2010：31-40