简谈HY361型区域自动气象站的维护维修

2016-03-22柳红

海洋气象学报 2016年4期

关键词：气象站采集器雨量

柳红

（淄博市淄川区气象局，山东淄博 255100）

简谈HY361型区域自动气象站的维护维修

柳红

（淄博市淄川区气象局，山东淄博 255100）

为保证区域自动气象观测站的正常运行，确保区域自动气象站能实时提供连续、可靠的气象观测资料。文章介绍了主采集器为HY361型区域自动气象站的主要组成，描述了HY361型主采集器、6要素传感器的工作原理及部分技术要点，全面介绍了区域站各组成部分的日常维护方法及注意事项，对区域站“全部或部分数据缺测”故障原因、分析思路、维修测量方法、判断依据等作了比较详细、准确的阐述。

区域自动气象站；传感器；数据采集

引言

区域自动气象站是国家地面气象观测网的重要补充，为了满足灾害性天气监测、预警和气象预报、服务的需要，2006年淄川区气象局在各个镇均建成了区域自动气象站，2015年开始对部分区域自动气象站进行了升级改造，对现有的4要素自动气象站升级改造为6要素，除风向、风速、雨量、气温外，增加了相对湿度、气压两种要素，计划2017年全部升级改造完毕。区域自动气象站的建设，大大提高了乡镇突发性、临近性灾害天气监测预警以及精细化天气预报的能力，满足乡镇气象服务的需求。但是区域自动气象站常常建设在野外自然环境且无人值守，这就对设备的定期维护及应急维修提出了更高的要求。

1 区域自动气象站的组成

区域自动气象站由采集器、传感器、供电、通讯连接线缆等系统组成，其中6要素传感器包括：风向、风速、雨量、气压、温湿度。HY361采集器作为自动站的核心，有数据采集、处理、存储及传输等功能，具有6要素传感器接口、调试串口、系统及网络运行指示灯、传输模块、电源接口模块[1-2]（图1）。HY361采集器具备无线数据通信功能，支持GSM/GPRS无线网络，根据系统网络通信参数配置，将监测的气象要素通过网络发送到中心服务器，同时采集器也通过网络接受中心服务的远程集中管理与配置，实现了网络化的智能管理。

图1 HY361采集器组成面板

风向传感器采用EL15-2D型，采用模拟电压输出，当风向标组件转动时，输出连续变化的0～2.5V直流电压（对应风向0～360º），随风向角度的增加而线性增大。

风速传感器采用EL15-1A型，感应元件为三杯式回转架，随风旋转并带动风速码盘旋转，输出相应的电脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增大，其换算公式为V=0.296+0.0491F，其中风速V的单位为m/s、脉冲频率F的单位为Hz。

雨量传感器为SL3型翻斗式，用来测量液态降水，由承水器及3组翻斗组成（上翻斗、计量翻斗、计数翻斗），上翻斗使降水强度近似大降水强度，由计量翻斗计量（0.1mm），然后再由计数翻斗来计数。计数翻斗的中部装有一块小磁钢随计数翻斗摆动，扫描固定架上的干簧管开关，计数翻斗翻动一次，干簧管开关闭合一次，送出一个脉冲信号，代表0.1mm降水。

气压传感器为PTB210型智能传感器，通过RS-232串口输出气压测量值。

温湿度传感器采用HMP155型，测温元件为铂电阻，采用四线制，通过电阻值随温度升高而增加，用来测量空气温度，其换算公式为T=（Rt-100）/0.385（T为温度，Rt为铂电阻值）。湿度元件为聚合物薄膜电容传感器，电容量正比于相对湿度，经专用电路转换成0～1VDC电压信号，线性对应相对湿度0～100%。

供电系统由太阳能板、蓄电池、电源控制器组成，太阳能板把光能转变成电能通过电源控制器对蓄电池充电，并输出+12V直流电不间断向负载供电。

2 区域自动气象站的维护

2.1 整体维护

每月定期对区域自动气象站进行巡检维护，汛期增加维护次数。查看采集器各状态灯运行是否正常，各连接线缆有无破损或松动，风拉线是否稳固，风向风速传感器转动是否灵活，雨量传感器的漏斗有无堵塞，观测场周围环境有无变化，草坪是否符合标准，草有无超高，并清除杂草[3]。

2.2 分项维护

（1）太阳能板的维护。

太阳能板在长期野外使用过程中会蒙上厚厚的灰尘或一些鸟屎等杂物，这些污垢严重影响太阳能板的正常工作，必须定期对太阳能板进行清洁、除尘操作，尤其是下雪过后，需及时扫除太阳能板上的积雪。

（2）太阳能蓄电池的维护。

由于野外天气变化复杂的原因，太阳能蓄电池的充放电很不规则，造成太阳能蓄电池性能下降，如果电压低于12V，电源将不能保证自动站的正常工作，蓄电池电量不足将直接导致不能及时上传观测数据，而且中心站软件显示设备不在线，在个别情况下，还可能导致设备工作参数丢失。因此，应定期检测蓄电池性能，发现问题及时更换。

（3）采集器的维护。

保持采集器的干净、干燥，上面无覆盖物；每年春季应按照《自动气象站场室防雷技术规范》（QX30—2004）对采集器接地电阻进行复测。

（4）各传感器的维护。

温湿传感器维护：安装自动气象站传感器的百叶箱不能用水洗，只能用湿布擦拭或毛刷刷拭。百叶箱内的温、湿传感器也不得移出箱外[3]。在冬季巡检时，要小心用毛刷把百叶箱顶、箱内和壁缝中的雪和雾凇扫除干净，百叶箱内不得存放多余的物品。湿敏电容传感器的头部有保护滤膜，防止感应元件被尘埃污染，每月应清洁传感器头部网罩，禁止手触摸湿敏电容，以免影响正常感应。检查温湿传感器与数据传输线的连接，发现松动或生锈要及时处理，更换温湿传感器时要小心插拔，避免造成不必要的损失。

风传感器的维护：要保证传感器转动轴与水平面垂直；保持风杯和风向标板不变形；经常观察风杯和风向标转动是否灵活、平稳。发现异常时，换用备份传感器；每年定期维护一次风传感器，检查、校准风向标指北方位。

雨量传感器的常规维护：保持传感器器口不变形，器口面水平，器身稳固，可用游标卡尺和水平尺核查[4]。清除承水器滤网上的杂物（入口滤网可取下清洗），检查漏斗通道是否有堵塞物，发现堵塞要及时清洗干净，特别要注意保持节流管的畅通。必要时可用中性洗涤剂清洗翻斗表面，但严禁用手触摸翻斗内壁。

气压传感器维护：气压传感器无需定期或预防性的维护措施，保持静压气孔口气流通畅即可。

3 区域自动气象站的维修

3.1 区域自动气象站全部要素缺测

此种情况多数为供电系统故障，特别在长时间连阴雨天，太阳能板供电量不足，蓄电池长时间运行，电压降低，无法满足采集系统的正常运行所致。

排除方法：查看采集器的运行状态，正常情况下采集器的状态灯为1秒1闪，网络运行灯为3秒1闪，如果状态灯不亮或亮度很暗，则通过测量供电系统电压确定故障部件。第一，用万用表直流电压档测量采集器供电电压，如果没有或者电压值偏低，说明太阳能板或电池可能已经损坏。第二，检查供电系统电源连线是否有破损或者断开的地方，检查太阳能板外观是否有明显机械损伤，如有应立即修复；然后在太阳光正常照射的环境下，测量太阳能板电压输出，如果没有或者电压值偏低，应更换太阳能板。第三，观察电池是否有漏液现象，如有应及时更换电池；拔下电池输入端，测量电池的空载电压，如供电电压低于12.0V，需要给电池充电或更换充满电的蓄电池。

如果状态灯正常，则表明采集器运行是正常的，则查看网络运行灯是否正常，保证不欠费的情况下，SIM卡接触不良或长时间运行也会导致传输模块死机，这时需更换SIM卡或用橡皮擦拭SIM卡金属部分，检查通信模块，直至故障排除。

3.2 区域自动气象站部分数据缺测或异常

（1）温湿度数据缺测或异常。

如果温湿度测量值明显与当时的环境不符，可能为传感器性能不良或性能下降所致，应更换温湿度传感器。

温度缺测，此故障一般为温度传感器断线所致。可在关闭采集器电源的情况下，拨下温度的四线端子，用万用表的电阻档测量同端（1、2或3、4端）电阻及异端（1、3或2、4）电阻，再利用公式计算T=（R1-R2-100）/0.385（其中T为当时的温度，R1为异端电阻值，R2为同端电阻值），将计算的温度值与当时的环境温度相比较，结果相当时，则铂电阻传感器正常，这时检查采集器端子或温度线缆是否接触不良。也可以用测量的同端或异端之间的电阻来判断，一般同端之间的电阻在1～8Ω之间，异端之间的电阻在80～120Ω之间，若测得阻值无穷大，则可判断传感器损坏，需更换温度传感器[5]，排除后可用串口调试助手发送命令测试。

湿度缺测，在采集器通电的情况下，用万用表直流电压档检查湿度的供电电压是否正常，再检查湿度信号输出电压是否为0～1V（对应0～100%RH），若电压高于1V，则可能是传感器故障，可更换湿度传感器[2]。

（2）雨量数据缺测或异常。

雨量数据缺测或异常，原因多为承水器滤网堵塞、底座上出水口堵塞、干簧管不吸合、线缆破损，可根据实际情况排除相应故障。第一种情况，用万用表测量雨量线电阻，测量出的阻值为无穷大或0时，可判断为雨量线断路（或者短路），需更换雨量线；测量雨量传感器至采集器两芯线缆时，将一头连接，另一头用通断档（或电阻档）测量，如有蜂鸣声（或电阻很小），则说明线缆正常。第二种情况，测量雨量传感器红黑接头，当计量翻斗处于中间（连接状态下）时，测量出的电阻值为无穷大，或者计量翻斗处于一侧（断开连接时），测量出的电阻值为0，则故障原因可判断为干簧管损坏；如果将雨量传感器线缆断开，用万用表连接红黑接线柱，用通断档测量，手拨动计数翻斗1次，则通断档蜂鸣一声，则说明干簧管正常。

（3）风向风速数据缺测或异常。

风向风速传感器因离地面较高，维修起来特别不方便。如遇风速异常或缺测，首先检查线路连接是否正常，然后测量采集器上的供电电压，如供电电压正常（5VDC），则测量风速信号与地之间的信号电压，风杯转动时测量值一般为3.5VDC左右，风杯停止时，测量值应为0V或接近工作电压5VDC左右。如无电压值，则逐一测量采集器与风横臂接线盒处线缆是否破损断开，如正常，则更换风速传感器。

判断风向传感器的故障主要采用万用表电压档测量风向信号电压、供电电压是否正常，由于风向信号为模拟电压输出，在供电正常的情况下，风向标转动时，风向输出信号与地之间一般会有0～2.5VDC变动的电压。当风向连续变化时，但电压变动不连续或电压超出2.5VDC则为传感器损坏，直接更换传感器即可。

（4）气压数据缺测或异常。

气压数据较其它要素来说较为稳定，如气压数据缺测或异常，则查看采集器接头端是否接触不良，否则为传感器（一般传感器自身带线缆）故障所致，建议更换气压传感器。