超聲風傳感器故障排除個例分析

摘要：WS425型風傳感器由于其探測原理先進，探測精度高，能夠適應各種惡劣環境，易于維護等特點，因此廣泛用于氣象、航空、公路、鐵路以及能源等領域，在我國的氣象觀測中，該型產品已成為標準的測風儀器，使用非常普遍。由于該設備比較精密，采用了很多高科技的技術，因此一旦出現故障，維修起來比較復雜。本文通過對一次超聲風傳感器故障維修，簡要介紹了超聲風傳感器原理、參數設置方法及故障排除的流程，以供同行借鑒。

關鍵詞：超聲風；傳感器；故障；分析

中圖分類號：P41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

WS425型風傳感器由于其探測原理先進，探測精度高，能夠適應各種惡劣環境，易于維護等特點，因此廣泛用于氣象、航空、公路、鐵路以及能源等領域，在我國的氣象觀測中，該型產品已成為標準的測風儀器，使用非常普遍。由于該設備比較精密，采用了很多高科技的技術，因此一旦出現故障，維修起來比較復雜。

1 超聲測風原理

WS425型風傳感器應用超聲波探測水平風向風速（圖1）。測量原理基于超聲傳輸時間，超聲波從一個探頭傳送到另一個探頭所需時間與風速及超聲通道有關。該型探測器有三個探頭，每個探頭既是發射端也是接收端，雙向測量傳輸時間，超聲波在探頭之間的實際傳輸速度在逆風時是超聲波理論傳輸速度加風速，而順風時的傳輸速度則是理論傳輸速度減去風速，零風速發送和返回的傳輸時間相等。通過對兩種傳輸時間的測量，從而計算出通路間的風速（圖2）。

圖1 WS425型超聲風傳感器 圖2 超聲波探測風速原理圖

2 技術指標

WS425有兩種型號：標準型和加熱型兩種。WS425超聲風傳感器工作電壓12V，加熱性的傳感探頭內配備恒溫控制加熱器，加熱裝置需要36V電壓。風速分辨率0.1米/秒，準確度± 0.135 米/秒；風向分辨率1°，準確度±2°。其性能指標均優于長臂單葉風向傳感器和三杯風速傳感器。

3 故障發現

由于超聲風傳感器利用聲學方法測量，較傳統有旋轉部件測風儀器具有精度高、響應快及故障率低等優點，因此，在青島區域自動站中太平角、奧帆基地以及海島站等較為重要的測站都采用超聲風傳感器。

2011年8月26日，奧帆基地自動站無數據。經現場檢查，原因是市電斷路，測試備用電源電池的電壓為11伏，遠低于正常值。分析原因是在無市電供給的情況下，備用電池電量殆盡，無法帶動設備工作。給自動站加市電后，溫度、濕度、氣壓等測量要素恢復，但風向、風速數據仍沒有。

4 故障分析

測量超聲風傳感器輸入電壓 12V，說明設備供電正常。通電后，可以聽到超聲波的聲音，初步判斷超聲風硬件無故障，故障原因可能是超聲風傳感器斷電，造成傳感器內部設置信息丟失。由于超聲風傳感器直接輸出數字信號，因此可直連電腦進行調試。

5 故障排除

對照WS425超聲風傳感器接線（見表1），選用一根RS-232串口通訊線纜，將計算機、超聲風傳感器與電源連接。

表1超聲風傳感器接線

引腳信號

112伏地線

336伏地線

8信號地線

9信號輸出

10信號輸入

11正12伏

16正36伏

在計算機顯示桌面上，點擊“開始”→“程序”→“附件”→“通訊”→“超級終端”選項，建立一個“新建連接”，選擇連接選用的端口，參照表2所給的參數修改“端口設置”并確認。

表2 RS-232接口設置

參數名稱標準值

波特率9600b

奇偶校驗N

數據位8

停止位1

數據流控制無

連接后，在超級終端界面下輸入OPEN命令，沒有任何信息輸出，說明計算機與超聲風傳感器未建立通訊。通過更改不同的波特率，發現當波特速率設置為2400b時，可進行通信連接。用OPEN命令打開與WS425的通信鏈路，查看當前配置信息。對照超聲風傳感器參數信息表（見表3）。逐項進行比較，發現Average Interval （seconds） 項以及Baud Rate項數值發生變化，按照本站參數值進行修改后，選擇菜單12，存儲當前配置，選擇菜單14退出配置界面。輸入CLOSE命令，關掉命令模式。重新加電后，故障排除設備恢復正常。

表3 超聲風傳感器參數信息表

序號參數設置菜單參數值本站設置參數值

1Operation Mode（風速模式）Handar RS232

NMEA Standard

NMEA Extended

WAT11NMEA Standard

2Wind Speed Units（風速單位）Miles/Hour

Knots

Kilometers/Hour

Meters/SecondMeters/Second

3Average Interval （seconds） （平均間隔）Select 1-9 second Average Interval

3

4Averaging Method（平均方法）Scalar VectorScalar

5Output Interval （seconds， 0 for polled） （輸出區間）Select 0 for Polled， 1-9 seconds for Self-Timed Output Rate3

6Sensor ID Character（傳感器 ID碼）Select ID A-ZA

7Wind Direction Coast Threshold （speed units） （風向起始閾值）Select Direction Coast Threshold 0.0-9.90.0

8Head Orientation（頭部定位）Up DownUp

9Baud Rate（波特率）1200b

2400b

4800b

9600b

19200b

9600b

10Parity（奇偶校驗）None

Odd

Even

None

11Data Bits（數據位數）Select Data Bits 7 or 88

12Save Configuration（存設置）

13Do Zero Speed Calibration（零風速校準）

14Resume Operation（恢復操作）

6 結束語

WS425超聲風傳感器雖然無轉動部件，具有抗腐蝕和防污染的特性，故障率大幅降低。但在使用過程中，由于停電或其它一些不明原因會造成設置參數的丟失，需要在維護工作中注意。

參考文獻

[1] VAISALA公司 VAISALA WINDCAP ULTRASONIC WIND SENSOR WS425 USER’S GUIDE [M] VAISALA

2010：31-40