区域自动气象站运行维护及故障维修方法的探讨

余昌松，安 涛，刘大伟，王 旭

（淳安县气象局，浙江淳安 311700）

区域自动气象站运行维护及故障维修方法的探讨

余昌松，安 涛，刘大伟，王 旭

（淳安县气象局，浙江淳安 311700）

从区域自动气象站的工作原理分析入手，结合日常维护保障工作实际，文章总结了自动气象站运行维护方面的经验，简单介绍区域自动气象站故障维修方法，希望能给区域自动气象站维修保障人员提供帮助。

区域自动气象站 运行维护 故障维修 方法

区域自动气象站是国家气象观测网的补充，是气象现代化的组成部分[1]。根据需要，淳安县气象局从2002年开始建设区域自动气象站，到目前为止全县已建成两要素区域站23个、四要素区域站71个和六要素区域站12个。这些区域自动气象站在为农业产业和决策气象服务，特别是重大气象灾害监测、预警、预报中发挥了重要的作用。但是区域自动气象站运行维护和故障维修方面，也面临着一些问题。本文结合自己的工作实际，提出了区域自动气象站日常维护的方法，总结了故障维修方面的经验，希望能对同行有所借鉴和帮助。

1 区域自动气象站的工作原理

区域自动气象站是一种带有存储功能的多要素气象自动观测站，主要由传感器、采集器、通讯接口、系统电源等组成。当气象要素变化时，各传感器的感应元件将气象要素的变化转换成电信号的变化，这种变化的电信号被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到气象要素量的转换，再进行数据筛选和质量控制，并还原成各个气象要素的实时值[2-4]，然后由通讯接口传输到数据中心站或用户终端的微机上，实现气象资料共享。

2 区域自动气象站的日常维护

通常情况下，区域自动气象观测站设置在各个不同的区域，在野外长期经受各种自然灾害和恶劣天气的影响，改变仪器设备设计时所设定的工作环境，必然导致仪器设备的损坏和故障频发，观测数据出现较大的偏离。为了保证气象观测数据的连续性、准确性，区域自动气象站仪器设备需要正常标校和日常维护工作。

2.1 传感器的日常维护

温度、湿度传感器通常是封装在一个盒子里，温度传感器是借用金属铂随空气中温度改变电阻率有一个相应变化的原理来测定空气温度；而湿度传感器则利用高分子湿敏电容随空气中湿度变化其对应介质常数有相应的变化来测量空气湿度的。温度、湿度传感器的日常运行维护保养方面需要做好定期保洁，及时排除百叶窗中的灰尘和污渍，温湿度传感器外表面的清洁工作，保持百叶箱内空气自然流通，使传感器的感应元件与空气密切接吻，消除因灰尘和污渍造成接触误差。保洁工作时，要格外小心，谨慎细致操作，以免弄折仪器的微型探头，黑色过滤器中的滤网也要用干净的毛刷刷干净。

气压传感器是由空气通过导气孔进入振动筒改变振动筒的固有振动频率来测量气压[5]。当导气孔或连接的通气管内沾上灰层和蜘蛛网时，通气的内径变小，振动筒内外空气自然流动减慢，气压记录就会偏离。所以在日常维护时，要及时清除导气孔和通气管内的灰层和蜘蛛网，保持气压传感器内部的清洁，保证振动筒内外空气的自然流动。

雨量传感器，有雨时，承水器收集的雨量由漏斗流进上翻斗，雨量积到一定量时上翻斗翻转，雨量通过汇集漏斗的节流管对强降水进行调节，变成较均匀的降水，目的是减少强降水造成的测量误差。有0.1 mm雨量计量翻斗翻转，雨水倒进计数翻斗，计数翻斗带动磁钢翻转，对干簧管扫描1次，干簧管闭合1次送出1个开关信号，采集器存储0.1 mm 降水量。雨量传感器的运行维护：首先检查承器水平是否偏离，下水漏斗、节流管是否被泥沙等杂物堵塞，各翻斗是否有泥沙油污吸附、翻动是否灵活，雨量筒下水是否通畅，滤网是否清洁等。其次是检查雨量的最大允差是否超过标准（小雨强时，最大允差偏离±0.3 mm；大雨强时，最大允差偏离±4%[4]）。通常量出10 mm清水慢慢倒入承水器，检查测量误差（小雨强和大雨强各检查1次），如果误差超出标准范围，先检查干簧管工作正常；如果干簧管输出信是正常的，就要调整计数翻斗的基点的位置，保证降水的最大允差在标准范围内。

风向、风速传感器的维护保养比较简单，只要保持风速、风向转动部分旋转灵活，连接线接头和插头牢固，信号能正常传输就可以。另外，传感器的指北线与地理北线要保持一致。

2.2 采集器的日常维护

采集器是区域自动气象站的核心，具有数据采样、数据处理、数据存储及数据传输等功能。采集器对环境要求比较高，需要有干燥、清洁、无尘、无潮气的工作环境。采集器要进行定期清洁保养清除杂物，特别要检查采集器底部的进线孔是否密封。进线孔不密封，容易造成潮湿空气（特别是狂风暴雨天气）进入到采集器内部，影响采集器的正常工作，时间长会导致采集器零部件锈蚀和电气线路损坏。另外，连接线缆的检查是必不可少的，要求接口牢固，有破损、老化的线缆要更换，保证采集器、传感器、通讯接口之间信号的正常传输。

3 区域自动气象站故障分析及维修方法

3.1 系统电源故障判断及维修

夜间或阴雨天气采集器无数据上传，晴天有光照时，采集器又恢复正常。原因是太阳能电池板老化或蓄电池损坏，造成采集器供电电压过低（＜5V）而自动关闭。用万用表检查太阳能电池空载电压（正常为12～15 V），输出电流（正常为l A左右），如果太阳能电池板电压和输出电流正常，应该是蓄电池损坏（空载检测蓄电池电压偏低），更换后能恢复正常，则故障排除；否则，是太阳能电池板损坏，要换太阳能电池。

采集器上传数据出现异常或采集器不能启动。原因是传感器或采集器供电异常。通过数据通信终端发送检查指令RD，查看最后返回的采集器电压。是电源电压过低采集器不能启动，更换电源控制器恢复正常，则故障排除。

3.2 采集器故障判断及维修

采集器无数据上传或上传数据部分异常。如果是采集器内部程序死锁，重启采集器，数据采集、传输恢复正常，则故障排除；如果是采集器数据通道故障，重启采集器，仍有部分要素缺测，用缺测部分的传感器直接接到采集器对应通道，数据采集恢复正常，判定是采集器数据通道故障，更换采集器恢复正常，则故障排除。

3.3 传感器故障判断及维修

传感器的故障判断，通常是通过数据通信终端发送检查指令RD，查看最后一次各上传数据的电压值，如果传感器无返回或返回数据出现明显错误，就判断该传感器故障；如果返回的数据怀疑有问题，则要对有问题的传感器作具体分析，寻找故障部位加以排除。

（1）温湿度传感器故障判断

温度传感器采用恒流源供电四线制电路连接方式，其电原理图如图1所示。检查温度传感器是否损坏，用万用表测出R0和Rt的电阻值，并用R0和Rt的差值代入气温的理论计算

图1 温度传感器电原理

公式T=（R-100）/0.38，算出当时的气温与实际气温比较，如果两者差值（≥5°），判断温度传感器损坏，改用备份温度传感器，温度记录正常则故障排除。

湿度传感器是否损坏，一般用湿度传感器输出电压的高低来判断。空气湿度在0～100%之间变化时，湿度传感器输出对应的电压在0～1V之间变化障[6]。检查时，万表电压档测量湿度信号线与GND线之间的电压超出1V，判断湿度传感器损坏，更换备份湿度传感器，记录恢复正常则故障排除。

（2）气压传感器故障判断

气压传感器损坏的概率比较低，主要因环境改变引起的故障比较多。首先用气压记录与标准站测得气压的差值的大小来判断，如果差值很大，说明气压记录有问题。其次是检查气压的显示值能否随时间有变化，有变化说明气压传感器本身是正常的（否则，要对内部线路进行排查）；最后要检查气压传感器所处的环境是否有改变。气压传感器长期在野外工作，导气孔及连接的通气管内容易沾上灰尘污垢或蜘蛛网，从而改变振动筒内外空气的流速和流量，使气压记录的偏离，堵塞严重会造成气压传感器记录失灵、失真，导气孔和通气管疏通后，按下复位键，气压记录恢复正常，则故障排除。

（3）雨量传感器故障判断

雨量传感器的故障，主要有漏斗和调节管堵塞、翻斗故障、磁铁失磁、干簧管短路等。例如某区域站雨量明显均较周围站小，并且小雨时，无雨量记录，怀疑是下水漏斗、节流管被泥沙等杂物堵塞，清除堵塞物，则故障排除；例如某区域站雨量均较周围站数据偏小，用万用表电阻连接干簧管两端，人为翻动翻斗，发现有漏记，怀疑是干簧管灵敏度降低或小磁铁失磁；更换干簧管或小磁铁故障依然存在，后来发现是固定在计数翻斗上的磁铁松动，增加了磁铁与干簧管的距离，重新调整位置并固定后，则故障排除。另外，出现很大的降雨时，翻斗的翻转（弹性作用）会加速（增加），降雨量会偏大，在资料使用时要适当考虑误差（订正）。

（4）风速、风向传感器故障判断

风速、风向传感器的故障比较少，本文主要介绍测量输出电压来判断故障。说明书介绍，风向输出的模拟电压0～2.5V，对应是0～360度，风速传感器正常工作电压是采集器电压的一半左右。如果怀疑风速、风向传感器有问题，用万用表电压档分别测量输出风向信号电压和风速传感器工作电压，当测量的电压超出对应范围时，则判断风速、风向传感器有故障，更换后，风向、风速恢复正常，则故障排除。

3.4 通信模块故障判断

区域自动气象站是采用移动通信方式传输数据的，要检查GPRS天线、测定GPRS信号强度、稳定性、了解GPRS卡缴费情况。是天线故障，则需要调整或更换天线；是GPRS是卡损坏或信号问题，借用手机来测定，是卡损坏，更换新卡；是信号不稳定、信号太弱，及时联系运营商对GPRS信号进行优化；是GPRS卡欠费，及时交费，迟早恢复。经上述步骤仍不能恢复通信，判断通信模块损坏，更换通信模块恢复正常，故障排除。

4 结语

区域自动气象站的故障是多种多样，即使同一种故障现象有可能是不同的因素引起的，只有正确理解区域站的工作原理和系统掌握各部分之间的内在联系，才能正确地分析出故障的原因，正确地选择排除故障的方法。同时，在维护维修过程中，要认真做好维修笔记，不断归纳总结维修经验，才能举一反三，提高对区域自动气象站故障的分析判断能力和故障维修的效率，为区域站正常运转提供保障[7-8]。

[1] 中国气象局气象发展规划（2011-2015年），2011，（12）

[2] 胡玉峰．自动气象站原理与测量方法．北京：气象出版社，2004

[3] 北京华创升达高科技发展中心．CAWS600型自动气象站技术及使用说明书．2002

[4] 北京华创升达高科技发展中心．CAWS600型自动气象站维修手册．2004

[5] 杨茂水，李树贵．自动气象站气压、温度和风传感器工作原理．山东气象，2002，28（2）：48～54

[6] 王宇，罗凤荣，周慧伏，等，区域自动气象观测站常见故障及解决方法以，现代农业科技，2014，23：265～267

[7] 中国气象局，地面气象观测数据文件和记录簿表格式．北京：气象出版社，2005

[8] 孙学金，王晓蕾，李浩，等．大气探测学．北京：气象出版社，2009