新型自動氣象站風傳感器故障分析及維修

摘 要：本文結合山東省日照市氣象局觀測風氣象要素實際，首先分析了風向、風速傳感器常見故障，探討風傳感器故障維修方法，提出風向風速傳感器維護注意事項。

關鍵詞：新型自動氣象站；風向風速傳感器；故障；維修方法

風的觀測主要包括有風速觀測和風向觀測兩種。在實際氣象測報工作中，風儀器故障在新型自動氣象站觀測儀器故障中較為常見，不管是風傳感器故障，還是線路連接異常造成整體故障，都會影響自動氣象站風向風速數據準確性。如果測報人員不能及時發現和處理異常現象，采集器會將錯誤風向風速數據信息上傳，嚴重影響氣象服務和氣候分析工作質量。

1 新型自動氣象站風向傳感器故障

1.1 風向傳感器風向方位錯亂

如果測報人員發現風向方位出現明顯的異常時，一般為風向轉接盒中有線線路虛接或航空頭到轉接盒線路錯接兩種原因。

1.2 風向傳感器風向方位不全

觀測風向時，如果一段時間內風向方位或多個風向方位都沒有變化，則可能風向傳感器風向方位不全造成的，這類故障不易被觀測人員發現，只有認真巡查、對比，再分析地面月報表、雷達等資料信息后才能發現。通常為風向格雷碼盤受損引起。

1.3 風向傳感器風向方位偏差

冷空氣出現時，風向傳感器應測出是偏北風，但實際卻是偏西風，這是風向傳感器風向方位偏差造成。可能是安裝過程中沒有將風向傳感器指北標志對準北面造成。

2 風速傳感器故障

2.1 風速傳感器啟動風速偏大

若風速傳感器啟動風速偏大不易被測報人員發現，有時還會誤判。如新型自動氣象站風向、風速傳感器大都在風塔東側安裝，而備用氣象站正相反。如果出現偏西風，新型自動氣象站風杯就會滯后，備用自動氣象站風杯卻能正常轉動，若滯后時間在1min內且風速<1m/s，此時新型自動氣象站風向風速傳感器正常。如果出現微風，新型自動氣象站風杯很長一段時間內靜止，而備用自動氣象站卻有風速數據，而新型自動氣象站的風速數據較小，可以判定為啟動風速偏大故障。這是設備老化、潤滑干澀等造成的。

2.2 風速（風向）傳感器凍結故障

由于加熱元件分布風速（風向）傳感器內，所以寒冷冬季旋轉軸承不易凍結。在軸承外部設置有熱動開關，當外界氣溫<4℃時，會自動打開加熱裝置。但冬季或冷空氣出現過程中，外界環境溫度急劇下降，風速明顯增加，若加熱裝置故障，觀測的風速數據為0，而風向信息沒有明顯變化。可以確定風速傳感器故障。在向上級領導匯報后，及時取下風速傳感器，查看軸承是否凍結，之后加熱處理。另外，還要做好風速傳感器縫隙處防水處理，重新安裝風速傳感器，確保風速數據恢復正常。氣象部門應在冬季做好風向風速傳感器巡視，防止熱動開關故障，影響風速數據準確性。

3 風傳感器故障的維修方法

3.1 風向傳威器檢查法

判斷風速傳感器是否故障，應首先檢查供電電壓，依次測出采集器、防雷板、風橫臂接線盒等相應位置電壓，接著風橫臂接線盒端的測量，當風速傳感器1、2兩端分別增加5V直流電壓后，在靜風天氣情況下，風速傳感器2、3端會出現0VDC或5VDC電壓，若緩慢轉動風杯，2、3兩端也會有0.7～3.8VDC 電壓。若測得電壓值始終為 0VDC，說明傳感器損壞。

3.2 通訊線路檢查法

利用萬用表通斷檔分別測量風向、風速采集器正、負兩端和防雷板上10端到19端是否正常連接。如果連接正常，應繼續使用這種方法測量防雷板10端到19段是否與采集器機箱CAN總線正常連接。檢查CAN總線接口處與風橫臂接線盒處連接情況，最后檢查風橫臂接線盒與航頭連接。若檢測到防雷板接入前端電壓正常，說明防雷板損壞；若檢測到風橫臂接入前端的電壓，說明風線連接故障。

3.3 供電電壓檢查法

借助萬用表20VDC檔對風向、風速采集器供電電壓進行測量，也就是測量防雷板上10、11兩端的電壓。正、負兩端在正常工作時電壓應為5 VDC。如果電壓正常，則要測量風轉接盒處1、2兩端供電電壓，測出的工作電壓也應為5VDC。

4 風向風速傳感器維護注意事項

4.1 做好自動站與EN型自記記錄的對比

在對觀測的日氣象要素數據信息進行維護時，應仔細分析2min內平均風向、風速、10min內的平均風向、風速和最大、極大值。自動氣象站內風向儀是通過0～360°方式顯示，EN型自記記錄以16方位方式顯示風向信息，這也是自動氣象站對風向風速氣象要素數據質量控制的難點。在實際觀測工作中，借助逐小時風向變化曲線判斷自動氣象站觀測的風向數據是否出現瞬時變化。如果發現自動氣象站與EN自記記錄風向誤差超過90°，風速誤差也較大時，認真分析判斷是故障引起的誤差還是時間差導致的瞬時變化差異，避免粗心大意引起長時間數據異常。

4.2 低溫降雪天氣加強監控

日照冬季會出現降溫、降雪天氣，尤其持續降雪天氣過程中，測報人員要及時觀察風向風速傳感器運行。出外巡查檢查風向標、風杯是否正常轉動，也可借助新型自動氣象站監控系統查看風向、風速顯示曲線，如果在一段時間內發現風速變化曲線是直線或風向始終維持一個方向，可判斷風傳感器凍結。測報人員在巡視過程中也要注意查看風向標實際指向與顯示器上風向數據信息是否一致，實際風杯轉速和觀測的風速數據是否一致，若觀測的風向、風速數據信息與實際數據有較大誤差，則說明是內部線路中斷或接觸不良，應及時維修。

4.3 做好風向風速傳感器的日常維護

若觀測人員可熟練掌握風向風速傳感器使用和測量方法，一般在檢定期內可以忽略對風向風速傳感器維護。如果臺站空氣污染嚴重，風傳感器轉動部件和靜止部件之間空隙將會被堵塞，需要及時清除縫隙內污垢。風傳感器工作幾年后，軸承會有一定磨損，如風杯不能長期連續轉動或靈敏度下降，應將風傳感器送到專業部門修理。每年通過轉動傳感器軸部目測檢查，檢查時先卸掉風向標或風杯，若風傳感器正常，說明軸部可以靈活轉動，無明顯噪音。

參考文獻：

[1] 謝建芳，何興林.新型自動氣象站風向風速傳感器故障判斷及維修[J].時代農機，2015，42（8）.

[2] 蒲利榮，吳采霞，周冬梅.自動氣象站風的故障分析處理和維護[J].氣象研究與應用，2011，32（S2）.

作者簡介：劉晨（1988-），男，漢族，山東東營人，本科，助理工程師，從事測報工作。