WUSH-WP型称重式降水传感器的故障诊断分析

尹育红

（新疆石河子炮台气象站，新疆 石河子 832000）

WUSH-WP型称重式降水传感器的故障诊断分析

尹育红

（新疆石河子炮台气象站，新疆 石河子 832000）

根据一次WUSH-WP型称重式降水传感器故障实例，介绍了WUSH-WP型称重式降水传感器的组成结构、工作原理、供电电源和故障现象，经测试诊断分析，及时排除了故障，避免了人工补测，确保了自动站降水正常自动观测。通过这次故障维修，本文提出了具体的故障排除方法，为使用WUSH-WP型称重式降水传感器的台站提供参考。

称重式降水传感器；测试；诊断分析

降水量观测是地面气象观测的主要项目之一，它为气象防灾减灾、天气预报、气候分析和科学研究提供了重要的基础气象资料。目前，石河子地区台站降水观测采用WUSH-WP称重式降水传感器，它能及时、准确的对固态、液态和混合态降水总量及降水强度进行全自动、全天侯地观测和测量。它结合了降水测量、机械、电气工程、信号处理等方面的专业技术，是一个可靠、稳定的一体化气象探测仪器。它既具有和翻斗雨量一样的开关信号输出，代替翻斗雨量传感器接入原有各型自动站，又具有RS-232、RS-485信号输出，直接接入新型自动气象站，实现和翻斗雨量传感器的同步观测。很好地解决了新老自动站过渡时期的使用问题。同时，减少台站观测人员的工作量，进一步提高了观测质量和观测效率，为气象服务提供了更多有价值的气象信息和观测资料。

1 WUSH-WP型称重式降水传感器组成结构

称重式降水传感器基于载荷测量技术原理设计，由硬件和处理软件组成。其硬件可分成称重单元、处理单元和DZZ4-PD电源及外围组件，可以输出开关量信号接入现有自动气象站，也可以作为智能传感器挂接在其它新型气象自动站采集器上。

1.1 称重单元

1.1.1 载荷元件

根据载荷元件测量原理来分，目前称重式降水测量技术主要有2种，一种是基于电阻应变技术：敏感梁在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，进而得到重量；另一种是振弦技术：以弦丝为弹性部件，根据其拉力与振动频率的对应关系，通过相应的测量电路得到重量[1]。

1.1.2 信号变换电路

信号变换电路的作用是将载荷元件测得的信号进行转换，再通过温度修正处理后，得到重量数据。

1.2 处理单元

它由中央处理器、时钟电路、数据存储器、接口、控制电路等部分构成。其主要功能是对称重单元的信号进行采样，并对采样值进行数据运算处理，计算出分钟降水量和累计降水量，并实现质量控制、记录存储，实现数据通信和传输。处理单元既要满足现行气象观测业务要求，能够输出开关量，接入现有自动气象站，又要符合智能气象传感器的发展趋势，能够输出数字信号，接入新型自动气象站。因此，称重式降水传感器应同时具有RS232（或RS485）通讯接口和开关量输出接口。

1.3 外围组件

外围组件包括收集容器、外壳、底盘、底座组件、防风圈等。

1.4 DZZ4-PD电源

ZQZ-PD型电源箱是WUSH-WP型称重式降水传感器的电源设备，为称重式降水传感器提供交流220 V和直流12 V的电源。由交流空开、开关电源、交流电涌保护器、38 Ah/12 V的蓄电池组成。有市电时，蓄电池处于浮充状态；无市电时，蓄电池处于放电状态，无切换时间。本产品具有电涌冲击保护、输出过压过流及直流欠压告警电路等保护功能。

2 WUSH-WP型称重式降水传感器工作原理

称重式降水传感器开机后，通过DZZ4-PD电源箱开关电源给信号处理单元提供有效直流12 V电压，当有降水时，收集容器重量发生变化，导致载荷元件受压发生形变，内部电阻桥的阻值发生变化；电子单元连续采样并进行一定温度补偿后得到质量数据，信号处理单元采样质量数据通过运算分析，得到分钟降水量和累计降水量等值，信号处理单元还进行数据质量控制、数据存储和传输等。

3 故障分析

3.1 故障现象

11月1日，恰逢称重式降水传感器启用第一天，10月31日20时前测试传感器时，自动站采集器能通过翻斗雨量传感器接线排采集到降水量，误差在允许范围内，说明称重式降水传感器和信号处理器到自动站采集器信号线正常。但值班人员08时观测前巡视仪器时，发现夜间有降水，且称重式降水传感器收集容器内有明显降水量，但自动站采集器未采集到降水数据，立即采用雨量筒人工观测降水量。随后值班人员用万用电表测量称重式降水传感器DZZ4-PD电源箱供电部分，电源箱内交流电压为220 V，为正常，可是测试开关电源二组直流输出电压为零，且电压输出指示灯不亮。

3.2 故障原因

由于DZZ4-PD电源箱中交流电为UPS电源供电，值班人员早上发现UPS供电系统有故障报警，关UPS电源后，UPS恢复正常供电，从主观上判断为UPS供电电源出现故障，瞬间产生强电流烧坏关开电源和信号处理单元，导致称重式降水传感器停止正常运行。

3.3 故障诊断

更换关开电源后，交流供电部分测得关开电源直流输出电压12.78 V，为正常，且绿色指示灯正常，但是信号处理单元运行指示灯不闪也不亮，称重式降水传感器仍然不能正常工作。然后更换了信号处理单元，运行指示正常了。由于更换信号处理单元时，信号处理单元与称重单元的连接线本应接在称重单元的RS-232接口上，因误接在称重单元RS-485接口上，导致数据处理单元无法处理来自称重单元的降水数据，将信号处理单元与称重单元的连接线从称重单元RS-485接口上换至称重单元RS -232接口上，自动站立即恢复了自动降水量观测。用笔记本电脑直接与称重式降水传感器处理单元连接，用读取WUSH-WP称重传感器原始数据的方法进行测试，方法为：（1）连接设备。打开称重降水传感器数据处理单元外罩，用RS-232数据线连接传感器和笔记本电脑。（2）读取方法。用雨量杯量取测试降水量3 mm，记下开始时间，缓慢倒入收集容器中后，利用SSCOM32串口工具软件来采集称重降水传感器的原始数据。运行SSCOM32软件，按图1进行配置。

图1 串口工具软件操作方法

表1 DMES命令的输出数据内容组成

（1）在命令输入框中输入命令，指定读取的开始时间和结束时间，如下：DMES 2015-12-03 13：40 2015-12-03 13：45（信号处理单元与称重单元的连接线更换前）。

（2）点击“发送”按钮，传感器信号处理单元将输出内存中的数据，格式如下：（信号处理单元与称重单元的连接线更换后）

（3）点击“发送”按钮，传感器信号处理单元将输出内存中的数据，格式如下：

（4）DMES命令的输出数据由表1所列内容组成，各项目之间用空格分隔。

由以上数据得知，无测试降水量输出至内存中，检查称重单元与信号处理单元连接线时，发现信号处理单元的COM2（称重单元电源及信号）误连接在称重单元RS-485接口上，将连接线从RS-485接口拔下接到称重单元RS-232接口后，传感器恢复了正常工作，自动站采集器采集到了测试降水。

4 小结

本文通过石河子炮台站称重式降水传感器故障现象，概述了WUSH-WP型称重式降水传感器的组成结构、测量原理、供电电源以及故障诊断分析方法，及时排除了故障，避免了降水量人工补测，确保了自动站降水正常自动观测。为以后更好地维护称重式降水传感器积累了经验，也为有WUSH-WP型称重式降水传感器的台站参考和借鉴。

[1]WUSH-WP型称重式降水传感器用户手册[Z].江苏省无线电科学研究所有限公司，2012.

2016—06—12