DZZ5型自动气象站原理与故障排除分析

代华龙

（驻马店市气象局，河南驻马店 463000）

DZZ5型自动气象站原理与故障排除分析

代华龙

（驻马店市气象局，河南驻马店 463000）

华云公司生产的DZZ5（CAWS3000）新型自动气象站是依据中国气象局监测网络司《第二代自动气象站功能规格需求书》要求，按照统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的设计思路，设计出的一种高精度、高稳定、易维护、低功耗、易扩展和具有实时远程监控功能的新型自动气象观测系统。可以满足现有气象观测站的气候观测、天气观测和区域观测业务的需要。当前部分气象台站已经装备。本文简单介绍了该系统结构和原理及二例故障排除方法。

自动气象站 结构原理 故障排除

1　系统结构

1.1DZZ5设计特点

（1）标准统一；

（2）主采集系统采用ARM9嵌入式系统；

（3）主采集器采用linux 操作系统管理，支持多进程；

（4）支持多串口、多种通讯方式、支持Web Server访问功能；

（5）总线式结构；

（6）数据质量控制；

（7）主、分多采集器结构方式；

（8）各观测要素扩展方便、灵活；

（9）采样速率提高。

1.2DZZ5系统结构

如图1所示，DZZ5型自动气象站由主采集器（ARM9）、气候分采集器、辐射分采集器、地温分采集器和土壤水分分采集器构成系统。相互之间采用CAN总线进行数据通讯。分采集器采用ARM7架构的32位微处理器或单片机系统。分采集器一般只完成相关的数据测量采集，并传送给主采集器。主采集器系统与终端计算机采用长线进行串口数据通讯。整个系统的供电由交流电转+12VDC作为主电源，配蓄电池作为后备电源。

2　原理简介

随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被各主、分数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，按一定的格式存储在采集器中，同时可根据需要实时上传。目前，气象台站观测的项目主要有温湿度、地温、雨量、风向风速、能见度蒸发、辐射等。

2.1温度

铂电阻温度传感器是根据铂电阻的电阻值随温度变化的原理来测定温度的。铂电阻丝烧制在细小的玻璃棒或磁板上，外面有金属保护管。一般0℃时阻值为100Ω，每升高1℃阻值增加0.385Ω。气温、浅层地温、深层地温、草温都是用铂电阻传感器。

2.2湿度

湿敏电容湿度传感器是用有机高分子膜作介质的一种小型电容器，湿敏电容器上电极是一层多孔金膜，能透过水汽；下电极为一对刀状或梳状电极，引线由下电极引出。基板是玻璃。整个感应器是由两个小电容器串联组成。传感器置于大气中，当大气中水汽透过上电极进入介电层，介电层吸收水汽后，介电系数发生变化，导致电容器电容量发生变化。电容量的变化正比于相对湿度。实际工作中，铂电阻温度传感器与湿敏电容湿度传感器制作成为一体。

2.3雨量

双翻斗雨量传感器主要由承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。当有降水时，承雨器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，就把不同强度的自然降水，调节为比较均匀的降水强度，以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样，降水量每次达到0.1mm时，就送出去一个开关信号，采集器就自动采集存储0.1mm降水量。

2.4蒸发

该传感器由超声波传感器和不锈钢圆筒组成。根据超声波测距原理，选用高精度超声波探头，对E601B型蒸发器内水面高度变化进行检测，转换成电信号输出。通过计算，求出蒸发量。

2.5风向、风速

风向感应器为单翼风标。当风标转动时，带动格雷码盘（常用七位，分辨率为2.8°），按照码盘切槽的设计，码盘每转动2.8°，光电管组就会产生新的七位并行格雷码输出。

当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘转动，使下面的光敏三极管有时接收到上面发光二极管发射的光线而导通，有时接收不到上面发光二极管照射来的光线而截止。这样就能得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实

············际风速值。

2.6辐射

感应件由感应面与热电堆组成，涂黑感应面通常为园形，也有方形。热电堆由康铜、康铜镀铜构成。另一种感应面由黑白相间的金属片构成，利用黑白片的吸收率的不同，测定其下端热电堆温差电动势，然后转换成辐照度。

2.7能见度

透射能见度仪采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均消光（透射）系数而算出能见度。发射器提供一个经过调制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一个光检测器组成。由光检测器输出测定透射系数，再据此计算消光系数和气象光学视程。

3　故障排除

3.1实例：温度跳变其余要素正常

DZZ5自动气象站所用的温湿度传感器（如图2所示）是一体化设计，型号是HMP155。出现故障时，温度由正常的10℃左右突然跳变到负值（-7到-12度之间）。刚开始出现时，几分钟内就可恢复，后来一两个小时也不正常。

解决方法：测电压，为12V正常；更换HMP155温湿度传感器，故障依旧；更换转接盒，仍未排除；因没有防雷板备件，直接将防雷板跨接，经长时间观察后，故障不出现，说明防雷板故障，先应急使用，待台站向上级申请防雷板后更换。

3.2实例：风向始终在171°方向，风速正常

DZZ5风向传感器观测的是10米高风向，传感器采用轴式风向标，通过光码盘转换方式输出7位数字量（格雷码）。实地观察，发现风向标随风转动，没有卡死现象。询问观测员，得知故障是在雷雨后出现的，果断更换风向传感器，再看风向数据已恢复正常。

［1］河南省自动气象站培训材料［M］.2015.09.

［2］刘小容.浅谈自动气象站地面数据的维护及异常处理［J］.气象水文海洋仪器［B］（2009）02-04.

［3］张立清，张洪卫.自动气象站异常情况分析和处理［J］.山东气象［B］，（2010）01-02.

［4］张红娟.自动气象站异常数据分析及处理实例［J］.河南气象，2007. 03.

代华龙（1973—），男，汉族，河南平舆人，工程师，主要从事大气探测和业务管理工作。