前向散射能見度儀的常見異常現(xiàn)象及日常維護

楊曉艷 蓋曉波

摘 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及氣象服務(wù)的實際需求，前向散射能見度儀作為一種現(xiàn)代化的新型大氣監(jiān)測設(shè)備，借助其較好的能見度監(jiān)測以及背景光測量優(yōu)勢，已經(jīng)非常廣泛的應(yīng)用到常規(guī)氣象監(jiān)測工作中。前向散射能見度儀的主要特征在于精確度較高，便于安裝和攜帶，后期維護工作較為便利，在實際工作中，我們必須要努力做好對該設(shè)備的常見異常現(xiàn)象排查和日常維護工作。

關(guān)鍵詞：前向散射能見度儀；異常現(xiàn)象；維護

能見度屬于大氣透明度的一個重要指標(biāo)，用目測方法進行觀測可能會受到很多客觀因素的制約，數(shù)據(jù)采集的精確性也存在很大程度的限制。近年來我國氣象事業(yè)不斷發(fā)展，自動化觀測儀器逐漸普及，氣象觀測工作人員的主要職責(zé)從過去單純的收集觀測資料向儀器設(shè)備技術(shù)保障、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等方向發(fā)展，因此我們在實際工作中必須要更加深入的研究與實踐。

一、儀器構(gòu)造及工作原理

（1）儀器構(gòu)造。

前向散射能見度儀屬于光學(xué)傳感器，其依靠前向散射測量原則來對大氣能見度進行測定，測量的是大氣光學(xué)視程（MOR）。能見度儀包含了傳感器、采集器以及外圍設(shè)備構(gòu)成，其一般作為現(xiàn)代自動站的一個傳感器掛接，安裝于觀測場西北角。前向散射能見度儀的測量范圍在其規(guī)范要求中被明確規(guī)定為10到30km，但因為生產(chǎn)廠家和具體型號的差異性，其最大探測范圍也各有不同。

前向散射能見度儀供電：其能夠接入新型站主采集器，或者當(dāng)作是獨立的能見度儀設(shè)備連接串口服務(wù)器，當(dāng)前向散射能見度儀的傳感器直接與新型自動站主采集器進行連接的情況下，能夠依靠自動站主采集器提供直流電壓，也能夠單獨提供交流電壓和蓄電池。獨立能見度儀一般直接提供交流電壓，同時也配置了專門的蓄電池[1]。

（2）工作原理。前向散射能見度儀是依靠測量散射光實際強度而獲得散射系數(shù)，從而對消光系數(shù)進行估算，最終計算出氣象光學(xué)視程（MOR）。詳細來說即是通過發(fā)射器發(fā)出近紅外光脈沖，通過接收器接收后測量經(jīng)過大氣散射后的光束，按照相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系最終得到氣象光學(xué)視程（MOR）。使用柯西米德定律對氣象光學(xué)視程進行計算：

二、前向散射能見度儀的常見異常現(xiàn)象

（1）能見度儀無法工作。

能見度儀無法工作，工作狀態(tài)顯示空閑。針對這一異常現(xiàn)象的詳細檢修過程如下：運行校準(zhǔn)程序，利用上位機發(fā)出READ命令，等候30min后如果上下位機皆未回應(yīng)，則可判定為線路故障。首先應(yīng)當(dāng)保持儀器處于關(guān)閉狀態(tài)，把操作端隔離轉(zhuǎn)換器短路，選擇萬用表對工作端兩極電阻進行測量，得到結(jié)果為2.5，則可表明通訊線纜并未中斷，再把所有連接部分斷開，進行除銹操作后再次連接，開機若依舊存在異常，可分別對操作端與工作端設(shè)備實施檢查，最終找出原因為電腦主板COM1口損壞，把隔離轉(zhuǎn)換器與COM2口進行連接，同時把通信參數(shù)配置界面的串口名變更為COM2，重啟后異常現(xiàn)象排除。

（2）能見度示值偏高。

前向散射能見度儀運行后發(fā)現(xiàn)能見度數(shù)值現(xiàn)實大幅超過實際值，接收軟件界面卻依舊顯示儀器運行狀態(tài)正常。對這一異常現(xiàn)象的維修處理過程如下：首先需要了解引發(fā)這一異常問題的原因，包括發(fā)射器故障、接收器故障以及發(fā)射器到接收器的光路被阻擋。我們打開歷史資料，對發(fā)生異常現(xiàn)象之前一段時間的檢測值進行查看，發(fā)現(xiàn)能量電壓信號值與+15V電源電壓值為8.1V、15V，屬于正常范圍，排除發(fā)射器故障原因；隨后進行室外查看，發(fā)現(xiàn)儀器鏡片上存在較多灰塵，選擇脫脂棉球蘸無水乙醇進行清潔，等待鏡片干燥后再次對能見度儀實施校準(zhǔn)，隨后異常現(xiàn)象消失。

（3）無法進行數(shù)據(jù)采集。

計算機無法接收數(shù)據(jù)，能見度值不能正常顯示。針對這一異常現(xiàn)象的維修過程如下：對各通信參數(shù)實施檢查，對電源和線路狀況進行查看，后發(fā)現(xiàn)室內(nèi)AC/DC電源適配器指示燈熄滅，重啟后依舊不良，可初步判定其為故障原因。進行更換后指示燈亮，但依舊顯示無法接收數(shù)據(jù)，再次對通信接口、傳感器接口、COM口以及隔離轉(zhuǎn)換器等接口進行檢查，發(fā)現(xiàn)均處于正常狀態(tài)，查看電源控制箱后其通電正常；對F1F2F3保險絲進行查看均處于正常狀態(tài)，能夠排除電源故障因素；選擇數(shù)字電壓表對信號電壓實施測量，15到27引腳電壓約為25mV，波動不大，表明數(shù)據(jù)采集板處于正常工作狀態(tài)；選擇數(shù)字電壓表對室外長線驅(qū)動器H+以及L-兩端電壓進行測量，發(fā)現(xiàn)長線驅(qū)動器存在故障，進行更換后再選擇數(shù)字表測量有跳動，到室內(nèi)用相同的辦法進行測試，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)長線驅(qū)動器也存在故障，進行更換后再次打開能見度軟件，此時已經(jīng)能夠正常顯示但數(shù)值相比實際數(shù)值較大，對儀器實施校準(zhǔn)后顯示正常。

三、前向散射能見度儀的日常維護

第一，在實際工作中，每個正點前10分鐘對能見度儀的觀測數(shù)據(jù)進行查看，如果存在數(shù)據(jù)異常情況第一時間進行處理，或者啟動維修方案。若無法采集到數(shù)據(jù)，不僅需要檢查業(yè)務(wù)軟件及其參數(shù)設(shè)置情況，查看線路的連接狀態(tài)，對能見度儀進行斷電重啟，同時還應(yīng)當(dāng)檢查數(shù)值上的異常跳動是否是因為外部干擾導(dǎo)致的，比如附近的煙塵，再對具體參數(shù)進行檢查。

第二，每天日出后以及日落之后印尼高檔對前向散射能見度儀進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)其附近出現(xiàn)蜘蛛網(wǎng)、鳥窩、灰塵等可能干擾數(shù)據(jù)采集的雜物，必須第一時間做好清除工作。臺站經(jīng)常會存在由于蜘蛛網(wǎng)或灰塵過多而導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)異常的問題[2]。

第三，通常間隔兩個月需要對傳感器透鏡實施一次清洗，可結(jié)合設(shè)備安裝四周實際環(huán)境，合理控制透鏡清潔時間。鏡頭清潔除塵要選擇吹氣球?qū)⑸蠈踊覊m吹去，或者使用鏡頭筆輕輕地仔細地刷出灰塵。若能見度儀鏡頭上粘有異物，應(yīng)當(dāng)選擇照相機專門的鏡頭水實施清潔，在實際擦拭時要仔細小心，防止對能見度儀帶來損害。

第四，前向散射能見度儀安裝高度2.8m，必須要充分重視觀測場地附近的防雷問題，另外還需要把傳感器地線、電源地線以及設(shè)備地線等進行電位聯(lián)結(jié)，需要接入觀測場靜電接地網(wǎng)。在每年春季時對設(shè)備實施防雷檢測活動中著重查看接地情況，檢驗接地電阻是否滿足防雷要求，保證設(shè)備安全可靠。

四、小結(jié)

總而言之，前向散射能見度儀屬于氣象觀測作業(yè)中所用到的惡意中重要設(shè)備，儀器日常運行相對穩(wěn)定，異常現(xiàn)象的產(chǎn)生基本上是由于維護不當(dāng)所導(dǎo)致的。現(xiàn)階段，前向散射能見度儀的日常維護作業(yè)主要是臺站工作人員負責(zé)，我們應(yīng)當(dāng)在實際工作過程中積極學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗，不斷提升專業(yè)維護能力，確保設(shè)備觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確合理。

參考文獻：

[1]冉金玉，劉姣.DNQ1/V35前向式散射能見度儀的日常維護及故障分析[J].北京農(nóng)業(yè)，2015（12）：192-193.

[2]劉哲輝，叢旭日，李治君.XDN01前向散射能見度儀的幾個故障分析[J].山東氣象，2012，32（04）：54-55+76.