便攜式自動站故障檢測儀的研制

郭宗凱，郭飛，劉旭，左壯

摘要：從遼寧省自動氣象站故障排查實(shí)際需求出發(fā)，研制出便攜式自動站故障檢測儀。該儀器具備溫、濕、壓、風(fēng)、雨傳感器接入口，對氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制分析，判斷數(shù)據(jù)是否存在錯誤、異常或丟失，推斷出自動站傳感器運(yùn)行狀態(tài)是否正常。便攜式自動站故障檢測儀在維修過程中，能夠快速定位故障節(jié)點(diǎn)，切實(shí)有效提高氣象裝備保障工作效率。

關(guān)鍵詞：研制；便攜；故障；檢測儀

中圖分類號： P415 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.04.040

近些年，遼寧省大批自動氣象站已投入使用，建設(shè)的自動站（包括國家級站、區(qū)域站、交通站、山洪站等）已超過1500套。設(shè)備數(shù)量不斷的快速增長，但維護(hù)人員數(shù)量和水平基本維持不變，而設(shè)備維護(hù)手段又簡單落后。所以，研制出一套符合遼寧省自動站維護(hù)保障的硬件設(shè)備勢在必行。

1 故障檢測儀研制背景

目前，國內(nèi)氣象部門并沒有一套針對自動站故障檢測的專用設(shè)備，導(dǎo)致氣象裝備保障人員在進(jìn)行自動站設(shè)備維修時，無法快速定位故障節(jié)點(diǎn)，從而浪費(fèi)大量的寶貴時間，造成觀測數(shù)據(jù)長時間處于缺測狀態(tài)。在這樣的背景下，便攜式自動站故障檢測儀的研制，能夠有效幫助裝備保障人員提高維修效率，其小巧輕便并且能夠迅速找到故障原因，縮短觀測數(shù)據(jù)丟失時間，有利于保障自動站長期穩(wěn)定運(yùn)行，在氣象防災(zāi)、減災(zāi)服務(wù)中起到了重要的作用。

目前，遼寧省并沒有一套針對自動站故障檢測的專用設(shè)備，本文總結(jié)出自動站故障檢測方法，通過對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析，各觀測數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定范圍，判斷自動站傳感器運(yùn)行的狀態(tài)，縮小排查自動站故障范圍。打破傳統(tǒng)自動站維修的傳統(tǒng)方法與模式，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)手段，自主設(shè)計(jì)研發(fā)出便攜式自動站故障檢測儀器。

2 設(shè)備研發(fā)的主要內(nèi)容

2.1 設(shè)備功能

便攜式自動站故障檢測儀帶有溫度（包括地溫）、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量傳感器的接口，根據(jù)國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)儀器內(nèi)置數(shù)據(jù)質(zhì)控控制模塊和預(yù)先設(shè)定觀測數(shù)據(jù)極值，通過顯示器實(shí)時回顯觀測數(shù)據(jù)，判斷傳感器是否正常工作。

2.2 傳感器測試

傳感器測試方法：測量傳感器的輸出信號，通過儀器內(nèi)質(zhì)控模塊和數(shù)據(jù)極值進(jìn)行分析及處理，結(jié)合臺站的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行。便攜式自動站故障檢測儀支持的測量信號包括溫度電阻信號、濕度電壓信號、氣壓電壓信號、風(fēng)向格雷碼信號、風(fēng)速頻率信號、雨量開關(guān)信號、地溫電阻信號。

3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

3.1 系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)組成

該儀器由中央控制板和傳感器信號接收模塊組成。中央控制板是整個系統(tǒng)的核心，主要包括微處理器單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)字信號實(shí)時顯示單元、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制單元、外部接口單元、電源單元等。該儀器能夠使溫度電阻信號、濕度電壓信號、氣壓電壓信號、風(fēng)向格雷碼信號、風(fēng)速頻率信號、雨量脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號直觀進(jìn)行顯示。

3.2 系統(tǒng)主要性能

便攜儀自動站故障檢測儀核心功能主要是由溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量數(shù)據(jù)接收模塊組成的，針對這6個數(shù)據(jù)通道的連續(xù)測量，需要分別對這6個氣象要素進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時測量和質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)計(jì)算及顯示，測量和計(jì)算的時間間隔也各不相同，因此在軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上采用分時間段分別檢測的設(shè)計(jì)思想。

4 儀器研發(fā)

該儀器設(shè)計(jì)初衷完全從自動站故障檢測實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)出能夠準(zhǔn)確、及時判斷出自動站故障發(fā)生具體位置的檢測儀器。該儀器檢測要素包括：風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、溫度（含地溫）、濕度、氣壓等常規(guī)觀測要素。對于裝備維修保障人員來說，該儀器在維修自動站過程中，小巧輕便，對于自動站各類故障能夠進(jìn)行快速響應(yīng)，進(jìn)行故障排查，有效的提高全省自動站數(shù)據(jù)到報(bào)率和及時率，保障自動站長期穩(wěn)定運(yùn)行。

5 產(chǎn)生的效益

目前，遼寧省自動站傳統(tǒng)維修模式主要依靠多年的維修經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)故障發(fā)生的現(xiàn)象，主觀判斷自動站的故障具體位置，進(jìn)行設(shè)備更換，更換后自動站如果運(yùn)行正常，說明更換下來的設(shè)備有故障，需要返回進(jìn)行維修，一旦問題沒有得到解決，就只能逐一替換設(shè)備，直到自動站重新正常運(yùn)行。期間浪費(fèi)大量寶貴時間，造成自動站缺失整點(diǎn)數(shù)據(jù)。

便攜式自動站故障檢測儀成功研制，依靠科學(xué)手段推斷出自動站發(fā)生故障具體位置。對于裝備維修保障人員來說，該儀器在維修自動站過程中，便于隨身攜帶，并且能夠快速定位故障節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行故障排查，有效地提高維修工作及時率和有效率。

6 結(jié)語

氣象裝備維修保障人員在自動站維修工程中，使用便攜式自動站故障檢測儀可以便捷進(jìn)行使用與操作，從而判斷傳感器工作是否正常。如果設(shè)備工作正常，進(jìn)行下一步問題處理，檢查信號線和采集器是否存在異常情況，這樣就大大縮短故障處理時間，重點(diǎn)解決了在傳統(tǒng)維修過程中不能準(zhǔn)確判斷傳感器是否正常而進(jìn)行盲目的更換備件，從而浪費(fèi)大量寶貴時間，也造成數(shù)據(jù)長時間的缺測。

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作者簡介：郭宗凱，碩士，工程師，研究方向：綜合氣象觀測。