1、机械与动力工程河南科技Henan Science and Technology总第799期第5期2023年3月DNQ1型前向散射式能见度观测仪的故障与校准分析李永顺马季芳张仙罗延年（海西州气象局，青海海西817099）摘要：【目的目的】为了保证DNQ1型前向散射式能见度观测仪能稳定运行，提高保障技术人员维修能见度观测仪的效率。【方法方法】本研究基于海西州7个国家级地面气象观测站能见度观测仪的运行情况和故障案例，利用观测仪工作原理、线路检测、数据读取等方法，从ISOS业务观测软件、电源系统、ZQZ-PT1硬件综合集成控制器、主采集器、RS485通信线、能见度传感器等出发，对能见度观测仪的故障解决
2、和校准维护方法进行系统性分析。【结果结果】本研究形成一套完整的能见度观测仪故障解决方法，从而为台站保障技术人员的维修工作提供参考。【结论结论】通过对能见度观测仪的故障与校准进行分析，进一步提高地面气象观测自动化系统运行的稳定性。关键词：校准分析；故障分析；能见度观测仪中图分类号：P415.12文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）05-0042-05DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.05.008Failure and Calibration Analysis of DNQ1 Forward ScatteringVisibility Obse
3、rverLI YongshunMA JifangZHANG XianLUO Yannian(Haixi State Meteorology Bureau,Haixi 817099,China)Abstract:PurposesIn order to ensure the stable operation of DNQ1 forward scattering visibility observation instrument and improve the efficiency of maintenance of visibility observation instrument by tech
4、nical personnel.MethodsBased on the operation and fault cases of visibility observation instruments inseven national ground meteorological stations in Haixi Prefecture,this study systematically analyzed thefault resolution and calibration maintenance methods of visibility observation instruments by
5、using theworking principle,line detection,data reading and other methods of observation instruments,startingfrom ISOS business observation software,power supply system,ZQZ-PT1 hardware integrated controller,main collector,RS485 communication line and visibility sensor.FindingsThis study formed a com
6、plete set of solutions to the failure of visibility observation instrument,so as to provide reference for themaintenance work of station support technicians.ConclusionsThrough the analysis of the failure andcalibration of the visibility observation instrument,the stability of the ground meteorologic
7、al observationautomation system is further improved.Keywords:calibration analysis;fault analysis;visibility observer收稿日期：2022-09-19基金项目：海西州气象局自筹项目“DNQ1型前向散射式能见度观测仪数据异常分析及维护维修方法检验”（QXZC2022-02）。作者简介：李永顺（1983），男，本科，工程师，研究方向：气象装备技术保障。通信作者：马季芳（1986），女，本科，工程师，研究方向：气象装备技术保障。第5期431.发射机；2.控制/接收机；3.空白面板；4.Pt
8、100温度传感器（横杆内部）；5.安装卡具；6.护罩加热器；7.亮度传感器PWL111。图1PWD50型能见度传感器实物图图2DNQ1型前向散射式能见度观测仪系统框图0引言随着地面气象观测自动化技术的发展，观测人员的工作重心已转移到地面气象观测自动化系统的维护维修中。新型自动化气象站的功能更加完善，逐步实现对雨量称重、日照、雪深、降水天气现象、冻土、能见度等的自动观测。能见度作为气象观测的一项重要因素，对日常生活和社会生产有着很大的影响。广泛应用能见度观测仪为气象预报预警服务提供丰富的数据资料和科学依据。为了保证能见度观测仪获取到的数据资料及时、准确、完整，维修工作就显得十分重要。目前，台站人
9、员对能见度观测仪的工作原理和维修方法的了解很少，主要原因有以下三个方面。一是地面气象观测自动化系统运行比较稳定，出现故障的概率比较低。二是能见度观测仪的维修不容易，需要一定时间的积累。三是在能见度观测仪故障维修方面的研究很少1-6。因此，本研究对DNQ1型前向散射式能见度观测仪的故障分析和校准方法进行分析，为保障技术人员在进行维修能见度观测仪时提供参考，确保能见度观测仪能稳定运行。1能见度观测仪工作原理DNQ1型前向散射式能见度观测仪是由能见度传感器、横臂、供电机箱、立柱等部件组成。PWD50型能见度传感器由发射机、控制接收机、Pt100温度传感器、护罩加热器等部件组成，如图1所示。能见度传感
10、器采用立柱安装的方式，采样区的中心距地高度为2.8 m，接收单元朝北、发射单元朝南，能见度传感器横臂保持水平方向。发射单元的红外发光管发射出近似平行的红外光束，接收单元将采样区内的大气前向散射光汇集到接收单元中的光电传感器的接收面上，并将其转换成与大气能见度成反比关系的电信号，将处理后的电信号上传到控制器数据处理单元中，CPU对其进行采样、计算散射光强，由此计算出大气能见度数值。主采集器通过RS485通信线进行能见度传感器的数据采集、质控和存储，光纤转换器用于实现RS232电信号与光信号的相互转换，串口服务器可实现对各观测设备观测数据的串口传输模式到以太网传输模式的转换。光纤交换机分布在光纤的
11、两端，用于网络协议和光通信协议的转换。最终用终端业务机ISOS业务观测软件来显示能见度等气象数据，通过 ISOS业务观测软件来监控各设备气象数据。DNQ1型前向散射式能力度观测仪系统框图如图2所示。2能见度观测仪的故障分析根据图2所示的系统框架图，遵循先室内后室外、先软件后硬件、先简单后复杂的原则，对能见度观测仪进行快速、准确的故障处理分析。2.1检查ISOS业务观测软件ISOS业务观测软件主要用于对地面气象观测自动化系统的数据监控、数据处理、数据传输等。要注意以下五个事项。安装ISOS业务观测软件的计算机，其操作系统应使用 Windows 7专业版、旗舰版或以上操作系统，32位、64位均可，
12、安装正版杀毒软件。做好备份机ISOS业务观测软件安装、数据采集、数据传输等的测试，若现用业务机出李永顺，等.DNQ1型前向散射式能见度观测仪的故障与校准分析硬件综合集成控制器电缆能见度观测仪能见度传感器信号防雷模块接线端子光纤转换器串口服务器光纤交换机RS485RS485RS232光纤RS232光纤网线网线室内光纤交换机新型自动气象站主采集器光纤转换器终端业务机（ISOS业务观测软件）1473265644第5期现故障，要及时切换到备份业务机进行数据观测。现用业务机和备份业务机要同时对ISOS业务观测软件进行升级，做好ISOS安装软件、升级软件、数据及参数的备份工作。若ISOS业务观测软件中新型
13、自动气象站、降水现象观测仪、日照观测仪等观测设备的数据全部缺测，则说明是硬件综合集成控制器出现故障；若新型自动气象站的数据出现缺测，而其他观测设备的数据正常，则说明是新型自动气象站出现故障；若新型自动气象站挂接的能见度数据出现缺测，而其他数据正常，则说明是能见度观测仪出现故障。检查ISOS业务观测软件中新型自动气象站等观测设备的串口参数配置是否正确，在设置串口号时要与Nport驱动软件中分配给新型自动气象站的串口号应保持一致。若ISOS业务观测软件能见度数据缺测，先进入设备管理下的终端维护，依次发送DEVMODE FD12P 2、SERIAL1 OPEN、SERIAL 1 STA调试命令来检查
14、能见度传感器，并根据错误或警告提示信息对能见度传感器进行维护维修。2.2电源系统故障分析硬件综合集成控制器、新型自动气象站、能见度观测仪的电源系统组成部分和工作原理完全一致。能见度观测仪电源系统的工作原理如下。AC220 V经过空气开关和交流防雷模块，开关电源会将 AC220 V 转换成 DC14.5 V，DC14.5 V 经过充电保护模块后，对能见度传感器进行供电，同时对蓄电池进行充电。若AC220 V出现掉电的情况，蓄电池将直接对能见度传感器进行供电。能见度观测仪的电源系统由空气开关、交流防雷模块、开关电源、充电保护模块、接线端子、信号防雷模块和蓄电池组成。电源系统故障的处理方法详见表1。
15、2.3ZQZ-PT1硬件综合集成控制器故障分析ZQZ-PT1硬件综合集成控制器是一种新型的网络通信转换设备，能将新型自动气象站和其他串口设备进行集中管理，并通过网络来完成新型自动气象站等设备的数据传输。ZQZ-PT1硬件综合集成控制器是由电源系统和通信系统组成，电源系统故障的处理方法与能见度观测仪电源系统故障的处理方法完全一致。通信系统由光纤转换器、串口服务器和光纤交换机组成，根据设备运行灯的闪烁情况进行故障处理。故障处理方法见表2。2.4主采集器故障分析新型自动气象站的主采集器用于对能见度等气象数据的采集、质控、存储和传输。WUSH-BH 型主采集器的故障处理方法如下。观察主采集器红色RUN
16、指示灯是否秒闪，若指示灯不亮或闪烁异常，则说明主采集器存在故障。对主采集器进行重启，重启后检查RUN指示灯是否恢复到秒闪状态。测量主采集器的供电电压是否在DC13.8 V左右，若供电电压不正常，则对供电系统进行维修。主采集器的CF数据卡出现故障，会导致主采集器运行异常，应更换或去掉CF数据卡，并重启主采集器，重启后检查运行是否正常。当主采集器的传感器通道、CAN通道、通信通道出现损坏时，要更换主采集器。将主采集器与笔记本电脑的 USB 转串口线连接在一起，运行 SSCOM32串口助手调试软件，通信参数设置为“9 600，8，1，N”，勾选发送新行，打开串口，发送samples调试命故障部位交流部分故障直流部分故障电源组件故障故障处理方法检查值班室至观测场配电箱、配电箱到能见度观测仪的电源线是否断路。检查空气开关是否跳闸，交流防雷模块是否损坏。检查能见度供电机箱内线路是否存在短路检查交流部分是否正常。检查开关电源、充电保护模块是否损坏交流防雷模块故障，其窗口状态由黑色变为红色，同时造成空气开关跳闸。开关电源故障，其绿色指示灯“DCon”熄灭。充电保护模块故障，会造成蓄电池亏电、能见度传感