馬山縣大氣負離子觀測站設備的維護和維修

魏建軍 黎勛 蘇禹賓 王瑋 呂抒航

【摘 要】文章介紹了馬山縣大氣負離子觀測站的硬件結構，包括大氣負離子監測系統和太陽能供電系統，同時探討了大氣負離子觀測站設備的日常維護和常見故障維修，為臺站維修人員提供了有力保障。

【關鍵詞】大氣負離子;觀測站;系統結構;維護維修;馬山

【中圖分類號】P49 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）11-0062-03

0 引言

空氣是由無數個分子組成的，由于自然界的紫外線、宇宙射線、土壤和空氣放射線的作用，有些空氣分子被電離而成為自由電子，大部分自由電子被氧氣所獲取，導致氧氣帶負電荷，形成“負氧離子”，也就是我們通常所說的“負離子”[1，2]。

負離子有降塵、滅菌、凈化空氣等作用，因其能提供負電荷，具有較強的抗氧化作用。醫學研究表明，負離子具有降解中和空氣中的有害氣體、調節人體生理機能、消除疲勞、改善睡眠、預防呼吸道疾病、改善心腦血管疾病、降血壓、增進人的食欲、增強皮膚彈性及抗衰老等作用，被譽為“空氣中的維生素”[3]。

由于負離子對人體的健康有重要作用，以及它與大氣污染有著密切的相關性，因此大氣負離子濃度成為評價空氣質量的重要指標。

大氣負離子觀測系統可用于測量單位體積內大氣負離子濃度、空氣溫度和空氣相對濕度，能自動、連續、長期、全天候地監測大氣負離子濃度變化，它具有測量準確、靈敏度高、環境適應能力強、能長期在野外不間斷工作的特點，滿足采集高精度和高穩定性的觀測數據，能適應氣象觀測的業務需求。

1 大氣負離子觀測站簡介

馬山縣大氣負離子觀測站引用的是美國Epex系列大氣負（氧）離子監測系統（如圖1所示）。該系統主要用于測量遷移率K≥0.4 cm2/V·s的小粒徑負離子濃度值，也能測量空氣溫度和相對濕度兩個氣象要素。馬山縣大氣負離子觀測站安裝在水錦順莊景區內，采用GPRS無線通信傳輸，太陽能供電系統供電，為野外無人值守觀測提供了便利。

大氣負離子觀測站由大氣負離子監測系統和太陽能供電系統組成。

1.1 大氣負離子監測系統

大氣負離子監測系統包括數據采集器、離子傳感器、溫濕度傳感器、無線GPRS通信模塊等。該觀測系統采用“電容式吸入法”原理[4]進行負離子檢測，測量空氣中的負離子濃度值。在離子傳感器（或稱采集筒）的極化板上加載定量的極化電壓，再讓被測空氣按設定的速度勻速通過傳感器。空氣中特定的小粒徑負離子在電場的作用下發生偏轉，被采集板所捕獲。采集到的負離子負電荷量經過采集器處理，即可計算出負離子的濃度值。

大氣負離子監測系統采集箱內部結構如圖2所示。

1.2 太陽能供電系統

太陽能是一種干凈的可再生新能源，具有無噪聲、無污染、無動部件、可靠性高等特點。太陽能供電系統（如圖3所示）由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池組組成，其供電系統箱內部組成結構如圖4所示。各部件功能介紹如下。

（1）太陽能電池組件：太陽能電池組件是太陽能供電系統中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。

（2）太陽能控制器：太陽能控制器是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過放電保護和過充電保護的作用。

（3）蓄電池組：由4個蓄電池組成，每個蓄電池為100 AH的免維護蓄電池，其作用是在有光照時將太陽能電池組件所供出的電能儲存起來，等到需要的時候再釋放出來。

2 大氣負離子觀測站日常維護和常見故障維修

大氣負離子觀測站安裝在景區，站點附近有較多植被，昆蟲較多，而且馬山雨量充沛，需定期對站點做好日常維護，如果維護不到位，將會影響大氣負離子觀測站的正常穩定運行和觀測數據的連續性。

2.1 日常維護

定期對大氣負離子觀測站進行日常維護，我們一般將設備維護周期定為一個季度一次，做好維護記錄，如果發現數據異常時需采取有效措施進行處理，保證設備長期、穩定運行，確保大氣負離子觀測資料的連續性、可靠性、準確性。日常維護步驟如下。

（1）打開大氣負離子監測系統機箱，查看設備運行狀況。檢查主板顯示屏狀態，顯示是否完整，時間運行是否正常，采集數是否在3 000～16 000，空氣溫度、相對濕度值是否正常。檢查通信模塊指示燈是否運行正常。

（2）清理設備進風口、出風口，注意清理蜘蛛網、昆蟲等雜物，保證設備風道通暢。

（3）清理采集筒內壁和采集棒之間連接件的灰塵、蜘蛛網等雜物，最好用酒精擦洗并吹干，確保設備的穩定運行。

（4）檢查風扇運行狀況，清理風扇灰塵、雜物等。

（5）線纜檢查。檢查空氣開關、浪涌保護器等接線部分連接是否牢固;檢查采集器、風扇、極化電壓、加熱線、數據采集電纜等接線端子連接是否牢固;檢查設備通信天線接口是否擰緊。

（6）測量電壓值。測量電源輸入電壓是否為220 V，測量電源輸出電源是否為12 V，測量極化電壓（采集筒與地之間的電壓）是否為38 V，測量除濕電壓（加熱端與地之間的電壓）是否在6～12 V。

2.2 常見故障維修

由于設備長期不間斷地在野外工作，因此發生的故障現象復雜多變。現結合日常工作中可能出現的故障進行分析，并給出解決方案。

（1）設備屏幕沒有點亮。檢查輸入電壓220 V是否正常，檢查空開、防雷模塊;檢查輸出電壓是否為12 V，檢查綠色接線端子是否牢固;如均正常，則需更換主板[5]。

（2）設備時間不正確。如果時間能運行，關機后時間又變亂，則更換主板的紐扣電池;如果是設置時間不能正常顯示，則是時鐘芯片或晶振有問題，需更換主板。

（3）設備顯示掉線狀態。檢查設備是否斷電，是否是太陽能供電不足;檢查主板RS232通信接口是否正常工作;檢查設備安裝地手機信號強弱;檢查設備的通信模塊服務器IP地址或端口對不對，若不對需重新設置;檢查SIM卡是否欠費或失效;若上述情況均正常，則致電廣西氣象技術裝備中心值班電話，檢查服務器端的接收軟件是否運行等情況。

（4）負離子濃度值較小。檢查風扇是否正常工作;檢查采集筒內是否有蚊蟲、蜘蛛網等雜物[6，7];檢查進風口是否被堵;檢查采集板是否出現故障，若判斷是故障，則需更換主板。

（5）采集數為0。顯示屏上的Rate、Base對應的數值為采集數。若采集數為0，檢查采集板的排線是否老化，是否有短路、斷路情況;檢查采集板和采集棒是否接觸牢固;檢查采集筒是否有極化電壓;若均正常，則可能是主板出現故障，需更換主板。

（6）采集數為65535。有可能是當地相對濕度過大導致，確認設備是否長時間被云霧籠罩;檢查當地是否有大電場干擾;檢查采集板的排線是否老化，是否有短路、斷路情況;檢查采集筒內是否有蚊蟲、蜘蛛網等雜物。

（7）電源故障。檢查空開和防雷模塊與電源模塊之間的接線是否脫落;檢查設備通信模塊指示燈，若通信模塊指示燈亮，主板顯示屏不亮，則更換主板，若通信模塊和主板顯示屏均不亮，則有可能是電源模塊損壞。

（8）風扇不能正常運轉。將風扇插頭拔下，測量風扇的供電口，若在一個開關周期內都沒有電壓輸出，表示主板出現問題，需更換主板;若主板有電壓輸出，則是風扇損壞或者風扇線路損壞，需進行更換。

3 結語

由于大氣負離子的濃度值可以反映一個地區的空氣質量，成為評價環境優良的指標之一，因此很多大氣負離子觀測站都安裝在景區或森林等地方，其觀測數據為旅游、環保等部門對環境監測提供有力支撐。氣象部門結合所在觀測站的氣象條件、氣象要素等進行分析，為監測生態環境和預警服務提供基礎保障。因此，不斷研究和總結出大氣負離子觀測站常見故障及維修維護方法，對保證大氣負離子觀測系統穩定運行具有深遠意義。

參 考 文 獻

[1]尚媛媛，王紅波，陶勇，等.赤水市大氣負氧離子的時空特征及與氣象因子的關系[J].中低緯山地氣象，2018，

42（4）：43-48.

[2]黎勛，魏建軍，王瑋.廣西負氧離子濃度的變化特征分析[J].氣象研究與應用，2019，40（3）：98-101.

[3]闞莉，陳明.空氣中負氧離子研究現狀[J].資源節約與環保，2015（7）：123.

[4]鄔昀.“電容式吸入法”空氣負離子監測系統工作原理及典型故障分析[J].氣象水文海洋儀器，2015，32（2）：99-102.

[5]侯飆，韓書新.大氣負氧離子自動觀測儀的保障和維護[J].黑龍江氣象，2016，33（4）：33-34.

[6]崔煒.負離子監測儀安裝與維修技術要領[J].陜西氣象，2017（6）：45-46.

[7]蔣冬雁，陳平，李偉雄.鉑電阻溫度傳感器檢定結果的不確定度分析評定[J].企業科技與發展，2019，450（4）：67-68.