地面气象观测仪器的常见故障及日常维护

别致宜 刘凌峰 白鑫 王驰

1、乌海市气象局 2、博克图国家基准气候站 3、内蒙古大气探测技术保障中心

新型自动站的测量系统通过现代总线技术以及嵌入式系统技术进行构造，结构上由主采集器、分采集器、外部总线、传感器以及外围设备组成。因此，常见故障基本围绕5 个组成部分发生。随着综合观测自动化改革的正式运行，为确保观测质量，并为天气预报和灾害防御提供准确、及时的观测数据，观测仪器的运行性能便至关重要。确保仪器稳定、高效的运行就要对上述几个方面展开。基于此，本文重点针对地面气象观测仪器的常见故障及维护维修进行诊断分析，并对观测仪器日常维护提出建议，以确保地面观测仪器全天候运行的稳定性，提高观测数据完整性和可用率，进一步提升观测的业务质量。

1 自动气象站常见的故障排查

1.1 供电系统故障排查处理

从供电系统梳理来说，电源箱可能存在的问题、故障大致如下：刀片开关处的保险丝损坏、为主采或者串口供电的线路故障或接触不良、蓄电池没电或损坏以及市电的供电线路问题。要想解决排查，均可通过万用表逐个测量相应位置的供电电压，此处需要注意万用表对应量程的选取，以此便可确定对应位置是否存在问题，并对故障点耗材进行更换即可。

1.2 通讯串口故障处理

综合集成硬件控制器即通讯串口的故障排查和应对措施大致分为两个方面。一方面是软故障，检查ISOS 软件挂接参数中各采集器相对应的通讯参数设置，是否依照要求进行选择；SMOPORT 上的IP 地址是否和电脑处在同一网段以及通信COM口、波特率等是否符合要求。另一方面则是硬件，检查串口服务器顶端位置的网线或网线连接线是否接好；光纤转换模块和室内光纤转换模块指示灯和供电是否正常；检查室内网线和电脑网卡是否损坏；COM口接线端子是否损坏；整体供电是否正常，可用万用表通断档测量电缆中的每根线有无蜂鸣；最后还可以长按DEFAULT 键5 秒，使通讯串口恢复出厂设置。

1.3 主采集器存在的问题和解决方法

采集单元故障：气象台站采集器处于运行状态时，如果发现某些气象要素数据乱码或者丢失，观测数据下载到业务计算机时发生异常，整点观测数据没有了，监控软件异常等[2]，便可以从如下方面进行，故障排查：查看位于机箱上部的运行指示灯，RUN 灯秒闪表示正常；通过万用表测量供电端口，检查供电是否正常；由电脑终端发送任意指令，从主采有无数据返回，便可判断出采集器是否故障；如果是判断雷击等原因造成的防雷板故障，可以凭借万用表的电阻档来检查每个通道的连接状态，同时观察其余通道的连接状态，假如通道上下连接不通，或连接错误，基本可以断定为雷击等造成的防雷板损坏，则只能更换主采集器。

1.4 各分采集器的常见故障和处理办法

当温度传感器存在问题时，从ISOS 软件方面考虑，软件参数设置是否挂接传感器，主采程序版本是否切换为三温雨架构、键入指令应是“CHGVER 1”、传感器是否开启或者传感器测量范围是否正常。硬件上，需要考虑线序是否正确。将万用表调至电阻档对应的档位，固定一根线，依次量取其余三根线，电阻值大的为1、3 号线，另外的小阻值线为2、4 号线，而后代入公式T=（大阻值-小阻值-100）/0.385 得出测量温度值，以确定传感器是否正常。

当湿度传感器出现问题时，首先确认软件参数设置传感器是否挂接，确认传感器是否开启，测量范围是否正确。然后确定航空插头有无松动，传感器头部网罩内的湿敏电容是否脱落。

若风向传感器出现问题，软件方面同样是依次确认ISOS 是否挂接，传感器开启与否，测量阈值是否正确，以及软件中设置的风向传感器是否为格雷码风传感器。硬件上，通过万用表查看输出的7 位格雷码信号是否与示值一致，确保线序接线正常。

在风速传感器方面，若示值明显偏大，可先键入指令“SENCO WS”检查传感器配置参数，如传感器故障，可选择便携式示波器查看输出的脉冲信号正常与否。

若是气压传感器的话，可在ISOS 软件上挂接气压传感器，检查传感器开启状态，确认测量阈值。当传感器发生故障时，切断电源，检查主采集器上对应气压传感器的端子，接线是否为“粉、绿、灰、蓝”，确认静压管是否堵塞。若更换新的气压传感器，则需要用串口调试助手对其波特率等内容重新设置。

如果是翻斗雨量传感器的话，当发现降水数据异常时，应及时打开雨量筒，从上至下，由承水口到上翻斗、汇集漏斗到计量翻斗挨个检查是否被灰尘、蜘蛛网等物堵塞。之后可用万用表蜂鸣档测量正负接线柱处，测试翻斗转动时干簧管是否正常。确定传感器接线端子是否短路，用标准量杯核对翻斗计数是否正确，逐个排查故障。

关于视频智能观测仪，首先明确三个摄像头与主控处在同一网段（最好是台站自身的网段），确定HY-WP1A 通信转换单元接线正确、供电正常，或者查看机箱内的以太网交换机开关是否打开。

2 自动气象站的日常维护

2.1 主采集器的日常维护

定期检查主采集器运行情况，对主采机箱进行除尘、清洁，查看主采机箱底部进线孔密封情况，对线路接口、采集器与各传感器端子接线情况进行定期的检查，确保传输链路平稳、有效。每年雷电多发季节来临前，第一时间对观测仪器的防雷装置进行检查，确保防雷装置的布局、接地阻值达到雷电防护标准，防止造成采集器不可修复的损坏。

2.2 温、湿度传感器日常维护

对于温度传感器，尽可能保持传感器处于清洁干燥的状态；定期对温度多传感器标准控制器的工作状态进行检查，确保观测数据准确、可靠。而湿度传感器，需定期维护防护罩，查看滤膜状态是否需要更换；防止感应部位着水、触灰等情况发生。

2.3 风向、风速传感器的日常维护

定期查看风标、风杯的转动状况是否灵活、稳定；线缆接头处防水状况是否良好，必要时及时更换防水胶布；遇冰雹、冻雨等恶劣天气时，及时检查传感器工作情况，防止其转动受阻甚至冻结。

2.4 气压传感器的日常维护

气压传感器是通过静压管与大气相连接，进而测得不同海拔高度下的大气环境气压。因此，在日常维护时，要保持气压传感器静压管的畅通，确保气压传感器距地高度为120cm±3cm。同时，还要确保静压管内干燥剂正常、有效。

2.5 翻斗雨量传感器的日常维护

在有下雨、沙尘天气过后等特殊情况时，对雨量传感器进行检查，确定是否有堵塞的情况并及时进行清洁。清洁时，注意先断开接线，用软毛刷和清水对承水口、上翻斗等存在堵塞的部位进行冲刷，后检查翻斗的翻转状况。注意不能用手去触碰翻斗内侧，应使用工具去测试翻斗翻转情况。

2.6 能见度传感器的日常维护

擦拭传感器镜头需使用不起毛的柔软棉布，而清洁时间，可根据观测场周围的环境情况，适当进行延长或者缩短；当出现有大风、沙尘等对能见度有影响的天气后，应及时对传感器进行清洁。防止灰尘、树枝、树叶等杂物影响数据的可用程度。

至于现场核查，具体规定如下，仪器初次使用一个半月、后续使用中每6 个月以及仪器每次维修后均需进行一次现场核查。具体核查时，应选在天气晴朗、能见度大于10 公里、风小的条件下开展。待设备稳定运行10 分钟后，在仪器接收端安装遮光板，读取输出的信号值，信号值应是量程上限值。然后撤掉遮光板，安装散射板，再次读取输出的信号值；之后在设备发射端加装中性衰减滤光片A，读取信号值；最后将滤光片A 替换为B，进行读值，以确定是否需要更换设备。

2.7 超声波蒸发传感器的日常维护

在我们对蒸发传感器进行维护前，应告知采集器停止蒸发要素的观测，操作结束后，重新开启观测，具体可在软件键入命令：“DEVMODE LE 2”表示维护蒸发传感器；“DEVMODE LE 0”则表示恢复正常工作。

而蒸发传感器的要求用水需是尽可能代表当地自然水体的水源，并定期清洁更换蒸发桶里的用水、通风防辐射罩和不锈钢测量筒。清洁后蒸发传感器的安装高度和水平状态需符合要求，防止磕碰或是用手触摸探头，确保其测量结果的精准程度。在降水过程中，也要及时关注蒸发的水位情况，过高时，及时取水，避免影响数据的准确性。

2.8 视频智能观测仪的日常维护

定期查看摄像头镜头的污染、遮挡情况，并在日出前或日落后及时进行清洁。定期检查摄像头的水平、方位和倾角情况，确保目标物始终处在屏幕中的标准位置。对于设备易损件的更换，应考虑自然条件恶劣与否，如存在腐蚀、损坏等情况要及时更换、处理。对设备仪器进行的维护、检查等都应进行备注栏的记录。

3 结语

随着新型自动气象站的建设和发展，观测数据越发采集准确、传输稳定，提升了气象观测要素的准确性、及时性和代表性。进一步减轻了人员劳动强度，减少了人工观测误差。但由于观测仪器保持不间断的连续工作，且仪器极其精密，从而使得设备易发生故障。因此对于工作者仪器维护维修的理论知识和实际操作也提出了更高的要求。需要熟练掌握仪器运行原理、维护维修的基本知识，以便于迅速对故障部位进行诊断分析，进而及时完成仪器的维修工作，并定期做好自动气象站的日常维护工作，确保观测数据的完整性、准确性和可靠性。

综上所述，地面气象观测仪器在气象新时代的背景下发挥着十分重要的作用。观测仪器的运行稳定程度影响着观测自动化的进程，仪器故障将导致预报制作和气象服务工作受到不同程度的影响。所以地面观测仪器的实际操作、故障诊断、维修和日常维护在工作中越来越重要，熟练掌握这些才能确保仪器运行稳定，气象工作有序开展。