自动气象站DNQ2型能见度仪故障分析及维护

张仕清，黄高平

（池州市气象局，安徽 池州 247000）

自动气象站DNQ2型能见度仪故障分析及维护

张仕清，黄高平

（池州市气象局，安徽 池州 247000）

从自动气象台站目前普遍使用的DNQ2型前向散射能见度仪工作原理入手，对其使用过程中的异常数据进行统计分析，找出数据出现的故障及其原因，给出解决方法和处理对策，提出运行和维护措施，以达到在正常状态下最大限度地减少故障，为确保DNQ2能见度仪的正常运行，保证观测数据的连续性和准确性方面提供技术参考。

能见度仪；工作原理；数据处理；故障分析

随着气象现代化建设的发展，全国各地气象台站的气象数据采集已进入自动化时代。2014-09，安徽省气象台站DNQ2型能见度观测仪开始投入业务运行，提高了能见度观测数据的密度和精准度，改变了以往能见度人工目测的主观性，把人工目测能见度的个体差异统一到标准化尺度层面上，观测数据更加真实、合理。

目前，气象台站能见度仪主要用于自动观测能见度和视程障碍类天气现象，经过几年来的业务运行，减轻了基层台站业务人员的工作量，但也存在一些问题，作为业务人员有必要对其工作原理、数据处理、日常维护和技术保障等方面进行了解和掌握，鉴于此，本文拟从上述几个方面对其进行分析，为确保DNQ2型能见度仪的正常运行和维护保障提供技术参考。

1 仪器构造及工作原理

DNQ2型能见度仪是基于气溶胶前向散射原理设计，继投射式能见度仪发展起来的新一代气象能见度监测设备。它通过测量小体积空气对光的散射系数，得到采样气体的消光系数，从而计算出气象光学能见度。该能见度仪结构简单、可靠性高、功耗低，使用维护方便，由硬件和软件组成，硬件由发射接收端、采集器和外围设备3部分组成，软件包括采集软件和业务软件。

DNQ2型能见度仪由一个微处理器控制的前向散射式测量设备作为光学传感器，它可对10～50 000 m大气能见度进行连续监测。发射器以红外LED作为光源，经脉冲调制后照射到采样空间（约0.1 dm3），采样空间内的大气粒子对光产生散射，位于发射器和接收器同平面上固定的散射角θ（33°）的散射光束照射到光电探测器上，经过放大和模/数转换后，由CPU通过专门算法转化为光学能见度数据[1]，工作原理如图1所示。

图1 DNQ2能见度仪测量原理图

2 常见故障统计分析

2.1 资料来源

以安徽省81个国家级自动气象站2016年1月至2016年12月能见度观测资料进行统计，以数据缺测、错误、无法采集、失真等情况作为异常情况进行分析。

2.2 异常情况统计

表1 能见度仪异常情况统计表

总的说来，DNQ2能见度仪运行较为稳定，可靠性高，但也存在一些问题，主要表现在硬件故障出现频次较高，占总故障数的70%左右，其次是线缆故障和安装不当及线路问题，见表1.

3 异常数据处理

根据出现问题的具体状况进行分析判断，能见度数据出现异常，既有硬件原因，也有软件影响，但大多还是仪器故障所致，主要表现在元件质量和外界环境影响方面，因此，针对出现的不同故障首先应分析故障原因，对可能的诱发因素进行排查，然后采取相应的对策进行处理。

3.1 数据缺测及排查

3.1.1 可能原因

参数设置错误；供电故障，电源控制器或蓄电池损坏；采集器主板故障或采集器与主采集器之间通讯故障，线缆接线插头松动，导致接触不良；主采集器故障。

3.1.2 排查步骤

排查步骤如下：①参数检查。确认业务软件参数设置是否正确，确认主采集器中是否启用了能见度传感器。输入SENST_V1，若返回值为1，表示开启；0表示关闭。②供电。先检查市电是否断开，控制处理器和采集器上电源指示灯是否点亮，其次检查线性电源输出是否达到12 V。③传感器。先检查控制板（主板）电源状态指示灯（红色）是否常亮，再检查采集板状态灯D3（绿色）是否常亮。D4测量状态灯（黄色）亮2 s停3 s，D5（红色）每秒闪烁1次。如若不然，复位控制板和采集板；断电拔插收发线插，再通电看灯是否正常闪烁。④通讯。检查所有电缆连接及所有电缆接头是否都已正确连接并插牢。如果以上4点都正常，则为主采集器故障。

3.2 数据异常及处理

3.2.1 可能原因

3.2.1.1 数值总是太高

透镜可能被灰层或凝水过度污染，清洁透镜；光路被干扰，横臂朝向不理想，寻找横臂到合适的方向[3]；传感器损坏或性能下降，更换传感器；发射器或接收器供电故障，检查供电。

3.2.1.2 数值总是太低

取样量受到干扰，检查镜片附近是否有树枝、蜘蛛网等增强反射光物体，若有，清除干净；采样区周围是否受到烟尘、灰尘等污染物的干扰；传感器损坏或性能下降，更换传感器；发射器或接收器供电故障，检查供电。

3.2.1.3 数据波动幅度大，出现跳变现象

镜头前是否有遮挡物，或采样区周围是否受到烟尘、灰尘等污染物的干扰；传感器接线接头是否松动，接地线是否牢靠或传感器连接线是否进水。

3.2.1.4 数据不变

镜头被遮挡物完全堵死；接收镜头收到强光源直射；传感器故障。

3.2.2 异常记录处理

能见度数据小时内连续60 min不变，小时常规气象要素数据文件（Z文件）极值出现时间缺测。这是由于能见度传感器质控参数中“最小应该变化率”设置不当造成的。最小应该变化率设置为0.0，时间缺测现象就不会发生。

3.2.3 错误数据处理

当由视程障碍现象或其他原因（比如附近焚烧）影响到能见度数据异常，但能见度数据连续变化正常时，能见度数据仍以自动观测为准，允许能见度记录与该类天气现象不匹配[2]。当能见度设备出现故障或数据异常时，非定时观测时次的正点数据中所有能见度数据均按缺测处理；定时观测时次进行人工补测，人工观测值存入长Z文件CW段能见度和VV段10 min平均能见度，其他VV段自动能见度数据按缺测处理；A文件中使用人工观测值[2]。

4 日常维护

能见度仪运行良好、数据质量高及可靠性高建立在日常维护基础之上，没有良好的日常维护，就会降低设备的稳定性，给数据质量及安全带来隐患。因此，做好能见度仪日常维护工作尤为重要，具体工作应从以下几个方面开展：①掌握能见度仪的工作原理、工作方式、相关技术指标及参数，比如接入方式、测量范围、供电方式等。②守班期间，每个正点前10 min查看质控及报警信息，掌握其所表示的含义、产生的原因及应对策略。③每日巡视仪器不少于2次，仪器的镜头和光路区域的蜘蛛网是数据产生异常的主要原因，应及时清理。预防蜘蛛的措施有在基座、支架管内放硫磺（效果不好）或杀虫剂（效果明显），前提是做好镜头的保护工作，不能让喷剂沾染镜头。④每月应检查供电设施，每3个月要对蓄电池进行一次充放电[4]。⑤雨季或汛期前应对设备防雷设施进行一次全面检查，特别是仪器的接地电阻，要符合气象设施防雷技术要求。⑥通常每2个月要定期清洁发射机和接收机的镜头和外罩，可根据仪器工作的具体环境情况，合理安排清洁镜头时间周期。清理透镜时，要用专用的清理工具，比如吹气球、镜头纸、镜头水。清理镜头整个过程要仔细，以免对镜头造成损伤。⑦定期对能见度传感器进行校准，一般每年至少要校准2次，防止仪器长期工作发生性能漂移而影响测量的准确性现象发生。⑧维护过程中，切忌长时间直视发射镜头，避免损伤眼睛；尽量避免用手电筒等人工光源信照射仪器收发端。

5 结束语

随着气象现代化的发展和气象监测水平的不断提高，对观测数据的整体性、连续性、准确性要求也越来越高。DNQ2型能见度仪作为自动气象站的观测仪器的重要组成部分，虽在运行过程中性能较为稳定，准确率高，使用方便，但作为自动仪器，总会出现一些故障。因此，要保证观测数据的连续性和准确性，就要加强日常监控，定期进行维护，力争做到一旦出现故障，能够快速判断原因并及时排除，从而为精细化气象服务提供有力支撑。

［1］张世松，张月亮.前向散射能见度仪研制［J］.铜陵职业技术学院学报，2012（3）：70-72.

［2］中国气象局.地面气象观测业务技术规定实用手册［M］.北京：气象出版社，2016.

［3］侯莉，王冰欣，张春霞.HW-N1型能见度仪的有关问题探讨［J］.黑龙江环境通报，2013，1（37）：30-32．

［4］中国气象局.新型自动气象站实用手册［M］.北京：气象出版社，2016.

Χ851

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.024

2095－6835（2017）21－0024－03

张仕清（1967—），男，工程师，主要从事气象探测和应用气象服务研究工作。

〔编辑：刘晓芳〕