区域站风向风速故障判断与维修

摘要：分布广泛的区域自动站在气象预报预警和防灾减灾过程中发挥的作用越来越重要。如何科学判断区域自动站风向风速数据质量，提高数据可用度是摆在气象工作者面前的主要问题。本文通过介绍如何运用JJE2、JJE3、JJEIO等风向风速检测设备，对区域自动站风向风速进行维修维护，从而达到提高风向风速数据准确度及数据应用率的目的。

关键词：区域自动站;风向风速;故障判断;维修

中图分类号：TP311 文献标識码：A

文章编号：1009-3044（2020）19-0232-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

区域自动站具有增强气象观测能力，提高气象服务水平，保障地方经济建设，为三农服务的重要作用。近年来，随着极端天气气候事件增多，灾害性天气频繁出现，人们对天气预报服务的质量和范围要求越来越高，通过建设区域自动站，大大增强了灾害性天气的监测能力和区域性气象数据的覆盖面，为提高预报的准确度和质量以及精细化预备程度提供了有效的数据支撑。

风向风速的预报预测对于保障人民财产免受风灾损失具有重要意义，因此区域站对风的气象观测意义就显得尤为重要。风向传感器一般在十米以上的铁塔上，人工维护不方便，故障的排除也不及时。区域站风向风速是自动站维修的难点，因此一定要确保日常对风向风速数据研判检查，及时分析风向风速数据发现疑点。那么如何针对风向风速数据质量要求，排除干扰因素是气象工作人员的一项重要工作。笔者结合多年的工作经验，总结出了风向风速传感器故障后的数据特征。

1 风向风速数据生成原理

在风杯转动情况下电压值应该在6.5 -11.5V之间（对应0～75m/s），所以风杯转动对应的电压值会转化为格雷码，格雷码总共有七位数字，当有一位或多位数字不随风向的变化而变化，这时就会出现风向风速监测数据不准确的情况。风向风速传感器通过接收的电信号，转换出的格雷码又将数字信息转换成数字信号进行传输，进而得出实时风向风速信息。如果发现格雷码7位数字中有的位置数据不变，那么判断风向风速传感器出现了故障，这时就需要进行及时的维修检查。

2 风向风速主要故障及其原因

2.1 区域自动站风向风速主要故障

根据区域自动站的特点，风向风速异常的原因有移动信号不稳定，数据无法正常采集;采集的数据无法正常进行传输;当供电电压异常时，就会出现读数有偏差、传感器反应不良等导致数据值明显错误或异常;设备无法正常转动导致数据错误;传感器北线不准确等情况。

2.2 故障原因分析

移动信号不稳定并不会影响数据采集传输，只会影响数据时效，当信号恢复正常时，区域站中心软件就会将延误数据补收采集。传感器由于在野外运行，环境中杂质多，进入风向风速转动轴后会出现传感器风向拉直卡滞的现象。再就是由于风向风速在风杆顶端，无法对风向传感器进行日常维护，有可能会出现风杯或风向标破损情况，当维护自动站时需要仔细观察风杆顶端是否有裂纹破损，认真查看风杆拉线牢固程度及风杆与地面是否垂直，这些都会影响风向风速数据准确度;此外，还应该对传感器北线进行查看，确认其北线是否与地理北线保持一致，若不一致，则应及时对其进行调整、校正。如果风向风速设备正常，线路正常无法采集数据，链接到其他主板可以正常采集数据，这时可以确定是主板故障。由于风速传感器设备主要通过输出电压值来判断风速，风向风速传感器的供电确保为5V。风向的判断主要是通过风向杆来确定，风向杆的垂直度、拉线的牢固程度、转动的灵活度都需要符合标准。当出现雨雪天气时，自动站安装位置的泥土松弛程度也会影响传感器的数据值可用度。如果确定风向风速故障无法通过软件解决，则需要对风向风速传感器进行清洁和检测.必要时进行维修和更换。这时只能通过硬件故障排除法，需要将风杆放倒对硬件进行检测。

3 风速故障校验方式方法

风速出现故障，首先排除采集器或链接线是否正常，如果正常，那么就需要放倒风杆对风速传感器进行检测了。如发现的风速故障无法解决则通过JJE2起动风速校验仪与JJE3型风速校验仪对风速进行检测维修。

JJE2起动风速校验仪采用风速发生器法进行测量，其体积小易操作、精确度高，而且测量原理先进，测量数据准确可靠性高，可以用于检测杯式风速传感器起动特性和风速特性，能够快速检测风速传感器的风杯、轴阻力等。通过小型起动风速主体、叶轮风表配合使用从而检验风速传感器起动风速数值是否正确。

JJE3风速校验仪主要用于各类风速传感器的定性定量测试，是集风速模拟、检测、显示于一体的专用杯式风速传感器检测设备。由于对测试环境要求较低，方便在室内和室外进行不同种类风速传感器的测试，操作简单，使用方便。

首先测试起动风速。起动风速又称临界风速，就是能使地面沙粒开始移动的风速。顾名思义，测试杯式风速传感器起动风速，就是能使风杯移动的风速。在测试杯式风速传感器性能时，通过调节直流风机的相关参数产生空气流动，配合叶轮风表用以读取相应的风速数值，待被测传感器转动风杯时，记下当前的叶轮风表数值，即得出被测传感器的起动风速值，对照规程判别起动风速及其风速特性是否合格。使用标识为（L12_起动风速）线缆将JJE3风速校验仪背面“起动风速”位置与JJE2型起动风速校验仪“电源插座”位置连接;调节JJE2起动风速校验仪三个螺纹支脚，观察内部水平泡，达到水平。将线缆接好，电压调节到5V，按照操作规程完成后，按下风速调节按钮，校验仪会自动控制风扇转动，脉宽值逐渐增大直到被测传感器转动，同时叶轮风表得出数据后，通过换算，自动得出起动风速值，起动风速值显示在“传感器风速值”位置：根据计算出的起动风速值通过起动风速检定标准判断被测传感器是否满足使用要求，这样起动风速检测工作就完成了。

下一步风速测试采用风速比较测试的方法，准备一套与被测传感器相同型号检定过良好的传感器1台与被测传感器进行风速比较测试。进行风速比较测试时控制器必须采用220VAC供电，不得采用电池供电！在现场检测时，首先启动车载柴油发动机或者输出稳定的12VAC转220VAC逆变器，将设备连接电源，测试时，电池应保证充电基本完成，一般是将JJE3控制器连接好外接供电，静置1小时即可，也可观察背部的电量显示模块。链接好线缆后，将准备好的与被测传感器相同型号，检定过一切正常的传感器安装在风座上并紧固固定螺丝，短线缆穿人中间的孔中：拧松两侧紧固螺丝，将硅胶管套在风速传感器转轴上，调整标准风速发生器移动到合适位置，拧紧紧固螺钉：并保持传感器风杯轴与风速校验装置输出轴保持同轴状态，接线前，将控制器上的电压调节到5v;使用标识为（L5_风速输入）的线缆一端与短线缆连接，另一端与控制器的风速输入接口连接，设置一个风速值，按下黑色旋钮即开始转动，这时电机就会驱动传感器进行转动。控制器左侧数码管显示实时的标准电机转速对应的风速值：右侧数码管显示实时传感器信号输出的风速值。记录下数值，然后只将检定良好的传感器取下，换上被测传感器，使用旋转黑色旋钮（不要按下）将脉宽值调节到前面得到的脉宽值，此时观察传感器风速值与检定良好的传感器表下的风速值是否一致，采用差分对比方式检测杯式风速传感器的低风速段内的风速特性。根据标准值与测量值之间的差异根据风速传感器检定标准判断被测传感器是否满足使用要求至此检定工作完成。从而得出被测传感器是否满足合格。

4 风向故障检测

风向故障判断检测需要使用JJEIO型风向校验仪进行检测。该仪器可测试各类风向传感器的定性定量测试，由校验台和便携式控制器两大部分组成。它能够针对风向传感器的驱动控制、检测、显示于一体的新型检测设备。功能很强大，性能稳定可靠，对测试环境要求较低，方便室外进行风向传感器的现场检测，其使用方便，稳定性高。

首先，将风向传感器安装于校验台上，根据被测传感器用对应的风座转接件链接，将支撑杆固定风向标。当便携式控制器控制步进电机拖动风向标转动，根据标准为内置360刻度线的码盘，角度盘用于实际观察角度使用，可在不使用自动模式时手动旋转支撑杆，用眼观察数值，起到辅助测量的作用。通过光电开关传感器将采到的数据反馈到控制器中作为标准。采用闭环控制原理，使得校验仪精度得到保证，校验全程自动化、一键化运行，从而产生标准风向。测试有单机和联机两种不同的工作模式。单机模式就是独立使用，不需要配合其他设备和上位机软件就可进行传感器的测试，测试数据将显示在控制器触摸屏上，主要用于简单测试及室外测试使用：联机模式是指配合上位机软件来进行传感器的检测。测试时连接好线缆，对应厂家设置好，确认无误后，若只使用“置北”功能，则触碰“置北”按钮，此时尾翼随着校验台支撑杆转动，转动过程中注意避免尾翼与其他物品干涉，如果正确找到北的位置，蜂鸥器将长鸣一声（持续时间约1秒）：若连续转动五次均无法正常找到传感器北的位置，蜂鸣器则会短鸣6声，对于模拟风向传感器，由于输出可能会首外界干扰而波动，有时在寻北结束后实测风向在0-1度之间跳变，蜂鸣器因此短鸣6声，这里也可以判定传感器为正常;触碰设定值下方的深色框弹出键盘，输入要求的角度值，后触碰“OK”键则返回到主界面（风向），此时设定值的深色方框中显示的就是刚才设置的角度值。测试配置一般有四个测试点，依次触碰“第一点”“第二点”“第三点”“第四点”右侧的浅色方框，在弹出的数字键盘中输入相应的角度值（0-360）。，输入完成后触碰“确认更改”，即可完成配置。在软件界面（风向）中使用“快速”功能时，被测传感器会按照设定的角度采用原点检定模式顺时针进行转动，每个点停留约2-4秒。风速快速功能配置时也有四个测试点，依次触碰“第一点”“第二点”“第三点”“第四点”右侧的浅色方框，在弹出的数字键盘中输入相应的风速值，在间隔时间方框中输入时间值（秒值），输入完成后触碰“确认更改”，即可完成配置。在软件界面（风速）中使用“快速”功能时，被测传感器会按照设定的风速值进行转动，每个点停留时间可自定义。根据标准值与测量值之间的差异及风向传感器检定标准判断被测传感器是否满足使用要求至此检定工作完成。

风向风速维修注意事项：

首先确保220VAC供电电源电压稳定，防止由于电压不稳导致测量结果不稳导致测量结果误差，或者烧毁设备，必要时对发电机输出电压进行檢测或添加稳压器。

其次避免设备在供电情况下进行热插拔，避免烧坏设备，减少不必要的损失。

5 结束语

区域自动站风向风速的正常运行、保养可以确保数据准确，提高可用度，为人民生产生活免受风灾影响保驾护航。在平常的工作中要针对风向风速设备无法维护的情况，多做风向风速数据问题分析，记录原因，提高设备无故障运转时效，尽量减少设备因故障而发生的更换新设备情况，提高设备使用效率。

参考文献：

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【通联编辑：梁书】

作者简介：徐骁，本科学历，工作单位：济南市气象局，助理工程师。