傾倒式風桿安裝風向傳感器快速精確定位

李柄銳　李萬友

摘 要：自動氣象站風傳感器大多安裝在傾倒式風桿上，風傳感器的安裝需要在風桿傾倒狀態下進行，而風傳感器定位指的是風向傳感器指北針的定位，因地形影響， 新建自動站受場限制，風桿傾倒方向不可能正好是北、東、南、西這4個特殊方位，而是任意角度，此時，風向傳感器指北針的定位，一般采取多次倒、立風桿來不斷修正指北針方位的方法，費時又費力，而且誤差很難控制在規定范圍內。筆者針對這種定位方法的不足，總結了一套快速、精確的定位方法，操作方便，省時省力，供相關技術人員在實際安裝過程中借鑒。

關鍵詞：傾倒式風桿 風向傳感器指北針 快速精確定位

中圖分類號：P415.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（c）-0039-03

大多數自動氣象站風傳感器是安裝在傾倒式風桿上，安裝時，風桿都是處于傾倒狀態，風向傳感器指北針定位是否準確？直接影響風向觀測數據是否準確？如何快速精確定位風向傳感器指北針？為了便于理解，該文以ZQZ-TF風傳感器為例，首先，闡述風桿豎立狀態下風向傳感器指北針與其他部件位置關系；其次，介紹如何確定風桿傾倒后風向傳感器指北針定位基準面；最后，歸納定位方法。

1 風桿直立狀態

1.1 各部件位置關系

指北針固定在風向傳感器上面，風向、風速傳感器固定在風橫臂上面，風橫臂固定在風桿上面，風桿固定在風桿固定架上，風桿固定架用混凝土澆注在觀測場地基里面（見圖1）。

1.2 各部件之間角度

風桿固定架和風桿垂直于地面，風向傳感器指北針指向正北方向并與風橫臂平行。線段m表示指北針中軸線，線段n表示風桿中軸線，線段l過A點與弧面a相切，線段m、n、l相交于A點，a代表風桿中軸線（地面到A點這段）隨風桿倒伏時所形成的弧面，β表示過m垂直于地面的立面（見圖2）。

用立體幾何方法表示上述線面之間的位置關系：m∈β，n∈β，n∈a，l∈a，l⊥n，m⊥n，θ為從弧面a逆時針起與立面β之間的夾角。

將圖2中m、l線投影到地面如圖3所示，分別為m1、l1，∵m1∥m，l1∥l，∴l1逆時針到m1間的夾角=θ（也即風桿倒伏后與正北向之間的夾角），B點為A點隨風桿倒伏后形成的弧線與地面的交點。

2 風桿傾倒狀態

2.1 各部件位置關系

風桿傾倒后（見圖4），風桿與地面關系由垂直變為平行，風橫臂、風速傳感器、風向傳感器、指北針與風桿的相對位置保持不變。

2.2 各部件之間角度

根據圖4所示，∵風桿∥l1，∴風桿與正北向的夾角=θ。面對風桿頂端，根據圖5所示，我們可以發現：線段l∈a且l⊥地面，從線段l逆時針到線段m的夾角仍然保持為θ，此例為40°，這是一個很重要的現象，在風傳感器安裝過程中將得到應用。

3 歸納定位方法

風傳感器安裝順序實際上就和剛才介紹的順序相反，即風桿傾倒狀態下把風橫臂安裝在風桿頂端，再把風速、風向傳感器安裝在風橫臂上，風向傳感器指北針與風橫臂保持平行，那么，風向傳感器指北針怎樣定位才能保證風桿直立后指向北方？關鍵在于測量θ或φ角，得出θ或φ角后，根據圖5，將風橫臂相對弧面a順時針偏轉θ度或逆時針偏轉φ角即可，具體如下。

3.1 風向傳感器指北針定位角度測量

具體測量方法見圖6，把地質羅盤儀水平放置在傾倒后的風桿下面，風桿投影與羅盤儀中心線平行，磁針的南極指向正北方向，當地質羅盤中心線相對正北方向順時針偏轉角∈[0°，180°]，取θ角，如果地質羅盤中心線相對正北方向順時針偏轉角∈（180°，360°），則取φ角，φ=360°-θ，此例中，羅盤中心線相對正北方向順時針偏轉角為40°∈[0°，180°，則θ=40°。

3.2 風向傳感器指北針定位

3.2.1 方法一

當定位角度為θ時，如圖4所示，θ=40°，按照以下步驟對風向傳感器指北針進行定位：（1）轉動風橫臂使風向傳感器指北針垂直指向地面。（2）將電子數顯傾角儀底部靠在立面上，使其顯示數據置零（見圖7右側）。（3）將電子數顯傾角儀底部放在風橫臂上靠近風向傳感器一端，面板垂直于風桿，逆時針緩慢轉動風橫臂，直到電子數顯傾角儀讀數穩定顯示40°停止，擰緊風橫臂與風桿的固定螺絲，定位完成（見圖7左側）。

3.2.2 方法二

當定位角度為φ時，如圖8所示，風桿倒伏方向正好與圖4相反，根據圖6的測量方法得出θ=220°，我們取φ角對風向傳感器指北針進行定位，φ=360°-220°=140°。（1）使風橫臂風速傳感器指北針垂直指向地面。（2）將電子數顯傾角儀底部靠在立面上，使其顯示數據置零（見圖9左側）。（3）將電子數顯傾角儀底部放在風橫臂上靠近風向傳感器一端，面板垂直于風桿，順時針緩慢轉動風橫臂，直到電子數顯傾角儀讀數穩定顯示140°停止，擰緊風橫臂與風桿的固定螺絲，定位完成（見圖9右側）。

4 結語

上述介紹的定位方法通俗易懂，可操作性強，所需地質羅盤儀、電子數顯傾角儀等輔助儀器的使用方法，該文只是簡單地做了介紹，建議讀者查閱相關資料做進一步了解，做到熟練使用輔助儀器，確保風向傳感器快速精確定位。

參考文獻

[1] 中國氣象局綜合觀測司.氣象裝備技術保障手冊·自動氣象站[M].北京：氣象出版社，2011.

[2] 江蘇省無線電科學研究所有限公司.DZZ4型自動氣象站用戶手冊[Z].