区域自动气象观测站常见故障及解决方法

摘要 在区域自动气象观测站运行过程中，仪器出现故障会导致数据采集异常，影响气象资料的连续性。分析了DZZ5型区域自动气象观测站常见故障，并提出相应的解决方法，以期为区域自动气象观测站故障快速排查提供有益参考。

关键词 区域自动气象观测站；设备；常见故障；解决方法

中图分类号 P415.1+1 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2014）23-0265-02

区域自动气象自动观测站是为了满足中尺度天气预警预报而安装的一套设施。2012年1—8月，天峨县气象局建成DZZ5型六要素区域自动气象观测站（以下简称区域站）4个；DZZ5型四要素区域站3个，CAWS100型雨量站43个。这50个区域站自动气象观测站在中小尺度天气系统监测和气象决策服务，尤其是汛期强降水灾害性天气预警预报中发挥了巨大的作用。区域自动气象观测站在野外长期连续运行过程中，受外界环境影响及仪器自身因素导致仪器出现故障。为了保证气象观测数据的连续性、准确性，需要对区域自动气象观测站进行维护维修，排除故障。笔者根据工作实践，对区域自动气象观测站安装维护和运行过程中常见故障及解决方法。

1 设备简介

区域站（以DZZ5型号六要素区域站为例子）由采集器、通信模块、传感器、电源4个部分组成。采集器采用VAISALA公司的QML201智能数据采集器，采集器配备32位的Motorola CPU，CPU中有1.7 MB FLASH存储器，可存储6～12个月的数据资料；通信模块由GPRS通信传输模块和通信前置机组成，采用GPRS无线传输方式将通信前置机生成的报文传输至数据中心站；传感器部分，温湿度传感器为华云公司HMP155温湿度传感器，气压为华云公司HMP210气压传感器，雨量采用双翻斗雨量传感器，风传感器可选EL15-1A和EL15-2D型传感器；电源部分包含电源控制器及太阳能电池、免维护蓄电池等。

2 常见故障及解决方法

2.1 电源故障

2.1.1 故障原因。电源故障主要归结为电源控制器故障、电池故障。电源控制器故障一般表现为夜间（0：00—4：00）及长时间阴雨天气采集器无数据采集及上传，其原因是电源控制器出现故障，不能对蓄电池进行充电，导致蓄电池电量耗尽，电压过低（<5 V）造成采集器关闭；采集器采集的多个要素值异常或者采集器不能启动，其原因是采集器及传感器供电异常。

2.1.2 判断方法。首先通过数据通信终端发送命令RD查看最后一次上传数据电压值，返回数据格式为RD YYYY-MM-DD HH：MM风向、风速、气温、分钟雨量、小时雨量、气压、相对湿度、采集器电压。如果采集器电压过低，说明电池供电不足、若采集器不能启动，则可能为采集器电源控制器损坏，无法正常供电。可用万用表测量电源控制器上的保险管，查看保险管是否烧坏，如保险管正常，则把太阳能电池及其他负载从电源控制器上断开，用万用表直流电压20 V档测太阳能电池的空载电压，然后把太阳能电池板接上电源控制器。用万用表电流档（2 A以上）测量太阳能电池板充电电流（把万用表的红、黑表笔串联在电路中，红表笔为电流流入的方向），如无充电电流或空载电压则说明太阳能电池板损坏。在不同日照情况下，太阳能电池充电电流或空载电压大小有所不同，日照强度大，太阳能电池充电电流为1 A左右，太阳能电池空载电压为12～15 V。在日照强度较弱或阴雨天气时，如果没有电流，则说明当日日照强度不足以使太阳能电池板为蓄电池充电。

2.1.3 解决方法。若判断为电源故障，则立即更换相应的电源部件。若由于天气原因导致太阳能电池不足以为蓄电池充电，则视天气状况及季节而定，夏秋季节白天天气转晴，光照充足，可以不更换蓄电池，由太阳能电池为蓄电池进行充电，达到供电标准；冬春季节遇上长时间的阴雨寡照天气，则需更换电量充足的蓄电池[1]。

2.2 采集器故障

2.2.1 故障原因。采集器主要故障可归结为采集器内部程序死锁，采集器内部程序死锁一般表现为采集器无法采集数据，全部要素数据缺测，无上传数据文件；采集器数据测量通道损坏一般表现为某个要素缺测。

2.2.2 判断及解决方法。如遇到采集器不能采集数据，首先确认蓄电池电压正常（12 V），然后断开电源控制器，用蓄电池直接对采集器供电。重启采集器，用数据通信终端查看采集器，如果数据采集恢复正常，则可判断为采集器内部程序锁死，重新连接好电源控制器恢复供电则故障排除；如果重启以后采集器还有部分要素缺测，则用相应的传感器直接接到采集器相应的通道上进行测量。如果采集器能正常采集该传感器的测量值，则可判断采集器通数据通道故障。更换采集器并重新连接好电源控制器及采集器电源控制器，如恢复供电则故障排除[2]。

2.3 传感器故障

2.3.1 温湿度传感器故障判断及解决方法。温湿度传感器的温度测量时基于电阻性铂电阻传感器；湿度测量基于电容性高分子薄膜传感器，温度传感器和湿度传感器都位于探头的顶端，由一个烧结的聚四氯乙烯过滤器保护判断温度传感器故障。检测温度传感器是否损坏，可参见图1。

测量1脚（或者2脚）与3脚（或者4脚）在采集器上对应脚之间的电阻R1，测量1脚与2脚（或者3脚与4脚）在采集器上对应脚之间的电阻R2。R1和R2的差值R与气温的对应关系为：气温为0 ℃时，电阻值为100 Ω，气温每上升或下降1 ℃，电阻值则相应增加或减少0.385 Ω。利用公式T=（R-100）/0.385近似换算出当时气温与标准温度对比，对温度传感器的状况进行初步判断，若两者相差较大（≥5 ℃），则可以判断温度传感器有故障，需更换温度传感器。对湿度传感器的测量主要是测量其输出线号线与GND线的电压值，其对应关系为：电压0～1 V对应0～100%相对湿度值。测量采集器湿度通道上湿度信号线与GND线之间的电压，其值应介于0～1 V，如果电压值远大于1 V则应更换温湿度传感器。

2.3.2 气压传感器故障判断及解决方法。气压传感器故障判断，可通过数据通信终端发送命令查看最后一次上传数据的气压值，其命令格式为RD，返回数据格式为RD YYYY-MM-DD HH：MM风向、风速、气温、分钟雨量、小时雨量、气压、相对湿度、采集器电压。通过返回数据判断气压传感器工作状态，如果无返回值或返回值出现明显错误，则可以判断气压传感器故障，应更换气压传感器排除故障。

2.3.3 雨量传感器故障判断及解决方法。雨量传感器通过输出脉冲信号来实现计数功能，计量翻斗每翻动1次记0.1 mm的降水量。因此，判断雨量传感器故障，用万用表蜂鸣档测量雨量传感器接线柱，当计数翻斗翻动，万用表发出蜂鸣声次数与计数翻斗翻动的次数相等则表示雨量传感器正常，如果次数不相等或没有蜂鸣声则考虑干簧管损坏，应更换干簧管后再次测量，计数正常则故障排除[3]。

2.3.4 风传感器故障判断及解决方法。①风向传感器输出模拟电压，模拟电压输出值与风向的对应关系：风向模拟输出电压值0～2.5 V对应风向0～360°。故障判断方法：用万用表测量采集器上风向信号线与信号地线之间的电压，并逐级测量至风横臂接线盒处风向信号线与信号地线之间的电压，测量电压值对应为0～2.5 V，若电压值不在对应范围内，则可判断为风向传感器故障，需要更换风向传感器。②风速传感器输出频率电压信号，输出电压值与风速成一定的线性关系，电压输出值与风速的对应关系：风速传感器输出电压值为6.5～11.5 V，对应风速为0～75 m/s。故障判断方法：用万用表测量采集器上风速信号线与信号地线之间的电压，并逐级测量至风横臂接线盒处风速信号线与信号地线之间的电压，测量电压是否对应为6.5～11.5 V，若电压值不在对应范围内，则可判断为风速传感器故障，需要更换风速传感器。

2.4 通信模块故障

通信模块故障主要是由于GPRS天线损坏、观测点GPRS信号不稳定以及GPRS数据卡欠费导致无法正常使用。故障判断及解决方法：查看GPRS天线是否正确安装，依据手机信号强度简单判断观测点GPRS信号是否稳定，通过替代法检测GPRS数据卡是否正常。如果是天线故障，则需要更换天线；如果是由于GPRS信号不稳定导致数据不能正常上传，可联系当地移动运营商调整对GPRS信号进行优化。如果是GPRS数据卡欠费，应及时交费，以恢复数据通信功能。

3 结语

区域自动气象站出现故障的原因存在多样性和不确定性，只有理解区域站整个系统体系和工作原理，才能通过逐步分析故障原因，正确找出故障根源。同时，在维护维修过程中，要不断总结，才能不断提高区域站故障检测、判断能力及故障排除效率，为区域站正常运转提供保障[4-5]。

4 参考文献

[1] 姜冬梅，薛亮美.区域气象观测站常见故障分析及解决办法[J].山东气象，2010（1）：69-71.

[2] 赵晓杰，白文明.CAWS600-B型自动气象站故障诊断基本方法[J].畜牧与饲料科学，2014，35（2）：10-11.

[3] 李黄.自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2007.

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

[5] 孙学金，王晓蕾，李浩，等.大气探测学[M].北京：气象出版社，2009.

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