倾倒式风杆安装风向传感器快速精确定位

李柄锐　李万友

摘 要：自动气象站风传感器大多安装在倾倒式风杆上，风传感器的安装需要在风杆倾倒状态下进行，而风传感器定位指的是风向传感器指北针的定位，因地形影响， 新建自动站受场限制，风杆倾倒方向不可能正好是北、东、南、西这4个特殊方位，而是任意角度，此时，风向传感器指北针的定位，一般采取多次倒、立风杆来不断修正指北针方位的方法，费时又费力，而且误差很难控制在规定范围内。笔者针对这种定位方法的不足，总结了一套快速、精确的定位方法，操作方便，省时省力，供相关技术人员在实际安装过程中借鉴。

关键词：倾倒式风杆 风向传感器指北针 快速精确定位

中图分类号：P415.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（c）-0039-03

大多数自动气象站风传感器是安装在倾倒式风杆上，安装时，风杆都是处于倾倒状态，风向传感器指北针定位是否准确？直接影响风向观测数据是否准确？如何快速精确定位风向传感器指北针？为了便于理解，该文以ZQZ-TF风传感器为例，首先，阐述风杆竖立状态下风向传感器指北针与其他部件位置关系；其次，介绍如何确定风杆倾倒后风向传感器指北针定位基准面；最后，归纳定位方法。

1 风杆直立状态

1.1 各部件位置关系

指北针固定在风向传感器上面，风向、风速传感器固定在风横臂上面，风横臂固定在风杆上面，风杆固定在风杆固定架上，风杆固定架用混凝土浇注在观测场地基里面（见图1）。

1.2 各部件之间角度

风杆固定架和风杆垂直于地面，风向传感器指北针指向正北方向并与风横臂平行。线段m表示指北针中轴线，线段n表示风杆中轴线，线段l过A点与弧面a相切，线段m、n、l相交于A点，a代表风杆中轴线（地面到A点这段）随风杆倒伏时所形成的弧面，β表示过m垂直于地面的立面（见图2）。

用立体几何方法表示上述线面之间的位置关系：m∈β，n∈β，n∈a，l∈a，l⊥n，m⊥n，θ为从弧面a逆时针起与立面β之间的夹角。

将图2中m、l线投影到地面如图3所示，分别为m1、l1，∵m1∥m，l1∥l，∴l1逆时针到m1间的夹角=θ（也即风杆倒伏后与正北向之间的夹角），B点为A点随风杆倒伏后形成的弧线与地面的交点。

2 风杆倾倒状态

2.1 各部件位置关系

风杆倾倒后（见图4），风杆与地面关系由垂直变为平行，风横臂、风速传感器、风向传感器、指北针与风杆的相对位置保持不变。

2.2 各部件之间角度

根据图4所示，∵风杆∥l1，∴风杆与正北向的夹角=θ。面对风杆顶端，根据图5所示，我们可以发现：线段l∈a且l⊥地面，从线段l逆时针到线段m的夹角仍然保持为θ，此例为40°，这是一个很重要的现象，在风传感器安装过程中将得到应用。

3 归纳定位方法

风传感器安装顺序实际上就和刚才介绍的顺序相反，即风杆倾倒状态下把风横臂安装在风杆顶端，再把风速、风向传感器安装在风横臂上，风向传感器指北针与风横臂保持平行，那么，风向传感器指北针怎样定位才能保证风杆直立后指向北方？关键在于测量θ或φ角，得出θ或φ角后，根据图5，将风横臂相对弧面a顺时针偏转θ度或逆时针偏转φ角即可，具体如下。

3.1 风向传感器指北针定位角度测量

具體测量方法见图6，把地质罗盘仪水平放置在倾倒后的风杆下面，风杆投影与罗盘仪中心线平行，磁针的南极指向正北方向，当地质罗盘中心线相对正北方向顺时针偏转角∈[0°，180°]，取θ角，如果地质罗盘中心线相对正北方向顺时针偏转角∈（180°，360°），则取φ角，φ=360°-θ，此例中，罗盘中心线相对正北方向顺时针偏转角为40°∈[0°，180°，则θ=40°。

3.2 风向传感器指北针定位

3.2.1 方法一

当定位角度为θ时，如图4所示，θ=40°，按照以下步骤对风向传感器指北针进行定位：（1）转动风横臂使风向传感器指北针垂直指向地面。（2）将电子数显倾角仪底部靠在立面上，使其显示数据置零（见图7右侧）。（3）将电子数显倾角仪底部放在风横臂上靠近风向传感器一端，面板垂直于风杆，逆时针缓慢转动风横臂，直到电子数显倾角仪读数稳定显示40°停止，拧紧风横臂与风杆的固定螺丝，定位完成（见图7左侧）。

3.2.2 方法二

当定位角度为φ时，如图8所示，风杆倒伏方向正好与图4相反，根据图6的测量方法得出θ=220°，我们取φ角对风向传感器指北针进行定位，φ=360°-220°=140°。（1）使风横臂风速传感器指北针垂直指向地面。（2）将电子数显倾角仪底部靠在立面上，使其显示数据置零（见图9左侧）。（3）将电子数显倾角仪底部放在风横臂上靠近风向传感器一端，面板垂直于风杆，顺时针缓慢转动风横臂，直到电子数显倾角仪读数稳定显示140°停止，拧紧风横臂与风杆的固定螺丝，定位完成（见图9右侧）。

4 结语

上述介绍的定位方法通俗易懂，可操作性强，所需地质罗盘仪、电子数显倾角仪等辅助仪器的使用方法，该文只是简单地做了介绍，建议读者查阅相关资料做进一步了解，做到熟练使用辅助仪器，确保风向传感器快速精确定位。

参考文献

[1] 中国气象局综合观测司.气象装备技术保障手册·自动气象站[M].北京：气象出版社，2011.

[2] 江苏省无线电科学研究所有限公司.DZZ4型自动气象站用户手册[Z].