大氣負離子觀測站的結(jié)構(gòu)原理和常見故障維修

黎 勛，魏建軍，蔣冬雁，李卓茵

(1.廣西壯族自治區(qū)氣象技術(shù)裝備中心，南寧 530022；2.馬山縣氣象局，南寧 530600)

0 引言

空氣由各種氣體混合組成，其中氧氣占21%。當中性的氣體處于電磁場環(huán)境中時，氣體分子中某些原子的外層電子會因電磁作用力而離開軌道成為自由電子。游離狀態(tài)的電子很容易被大氣中所占比例較大的氧氣分子捕獲，形成“負氧離子”，也就是人們常說的“負離子”[1-3]。

負離子有降塵、滅菌、凈化空氣等作用，負離子因其能提供負電荷(電子)，而具有較強的抗氧化作用。醫(yī)學(xué)研究表明，負離子對人體各方面機能均有良好的增強作用，人在充足的負離子環(huán)境中，不僅可以消除疲勞、改善睡眠，起到較好的保健作用，而且還可以輔助治療多種疾病[4]。

大氣負離子觀測站可用于測量空氣本底值及多種空氣離子發(fā)生器產(chǎn)生的各種正、負極性的大、中、小離子。具有測量準確、靈敏度高、環(huán)境適應(yīng)能力強，能長期在野外不間斷工作的特點。該設(shè)備滿足氣象觀測的業(yè)務(wù)需求，采集到的數(shù)據(jù)精度高、準確性好，方便臺站工作人員進行日常維護維修工作[5，6]。

1 大氣負離子觀測站的結(jié)構(gòu)原理

大氣負離子觀測站由負離子采集系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和溫濕度傳感器組成。

1.1 負離子采集系統(tǒng)

負離子采集系統(tǒng)采用的是美國Epex公司生產(chǎn)的EP100系列空氣負氧離子監(jiān)測系統(tǒng)，它是基于最新的“Gerdien Tube”空氣離子收集器的電容式吸入法原理設(shè)計而成。在離子傳感器(或采集筒)的極化板上加載一定量的極化電壓，再讓被測的空氣按已設(shè)定好的速度勻速通過傳感器，空氣中特定的小粒徑負離子(遷移率K≥0.4 cm2/V·s)在電場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，被采集板捕獲，采集到的負離子電荷量經(jīng)過采集器處理，即可計算出負離子的濃度值(單位為個/cm3)。

負離子采集系統(tǒng)的接口說明如下：

1)采集器(或采集筒)：采集負離子；

2)主板：收集并處理傳感器數(shù)據(jù)，顯示并輸出數(shù)據(jù)包；

3)通信模塊：與服務(wù)器通信，以4G方式傳輸數(shù)據(jù)，接收命令；

4)主板供電接口：整體設(shè)備的電源接入接口，+12 V；

5)采集器加熱和極化電壓供電接口：采集器內(nèi)部加熱除濕及采集管內(nèi)部管壁極化電壓接口，+38 V；

6)采集管風(fēng)扇供電接口：采集管內(nèi)部吸氣風(fēng)扇的供電控制接口，+9 V；

7)RS-232接口：連接通信模塊，向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)接收命令；

8)溫濕度傳感器接口：外部百葉箱式溫濕度傳感器的主板接口；

9)USB延長線接口：用于U盤讀取主板的負離子觀測數(shù)據(jù)；

10)負離子采集器的采集板接口：主板獲取并處理采集板的采集值；

11)外部U盤接口；

12)標準RS-232接口。

1.2 供電系統(tǒng)

根據(jù)大氣負離子觀測站的選址環(huán)境和供電條件，可以選擇市電供電和太陽能供電兩種形式的供電系統(tǒng)。

1.2.1 市電供電系統(tǒng)

市電供電系統(tǒng)的供電形式如下：

1)市電經(jīng)空氣開關(guān)和避雷器進入開關(guān)電源；

2)以市電為主、蓄電池為輔的方式供電，無市電時繼電器自動切換為蓄電池供電；

3)12 V電源給設(shè)備供電，13 V電源給蓄電池充電。

4)旋鈕開關(guān)控制電源箱輸出，電壓輸出正常時燈亮。

1.2.2 太陽能供電系統(tǒng)

太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池組組成。其中太陽能電池組件由2塊150 W的太陽能板并聯(lián)組成，太陽能控制器的參數(shù)為浮充電壓13.5 V、輸出最大電流15 A、最大輸入功率130 W，蓄電池組由4個12 V/100 AH的免維護蓄電池組成。

1.3 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器是測量空氣溫度和相對濕度的檢測裝置。其性能參數(shù)如表1所示。

表1 溫濕度傳感器性能參數(shù)

2 常見故障維修

由于設(shè)備長期不間斷地在野外工作，發(fā)生的故障復(fù)雜多變，現(xiàn)結(jié)合日常工作中可能出現(xiàn)的故障進行分析，并給出解決方案。

1)顯示屏顯示有數(shù)據(jù)，而服務(wù)器端沒有數(shù)據(jù)：

①檢查主板服務(wù)器IP是否正確；

②查看設(shè)備安裝地信號是否良好；

③查看手機卡是否欠費；

④查看手機卡是否開通流量或其他問題；

⑤檢查手機天線是否良好；

⑥檢查手機天線延長線是否過長；

⑦查看主板時間是否停止；

⑧檢查服務(wù)器是否有問題。

2)負離子濃度值偏小或為個位數(shù)：

①檢查極化電壓是否正常；

②檢查風(fēng)扇是否工作正常；

③檢查采集數(shù)是否正常；

④檢查進風(fēng)口、出風(fēng)口是否被堵塞；

⑤查看主板參數(shù)是否設(shè)定。

3)負離子濃度值波動大：

①檢查極化電壓是否正常；

②檢查加熱是否工作正常，且功率是否足夠；

③查看設(shè)備周圍是否有干擾源。

4)負離子濃度值不變化：

①檢查采集數(shù)是否正常；

②檢查加熱是否工作正常。

5)采集數(shù)為65535：

①檢查采集器是否工作正常；

②檢查主板是否工作正常；

③檢查采集板的排線是否老化，是否有短路、斷路情況；

④檢查采集筒內(nèi)是否有蚊蟲、蜘蛛網(wǎng)等雜物。

6)采集數(shù)為0：

①檢查采集板的排線是否老化，是否有短路、斷路情況；

②檢查采集板和采集棒是否接觸牢固；

③檢查采集筒是否有極化電壓。

7)電源故障：

①檢查空氣開關(guān)和防雷模塊與電源模塊之間的接線是否存在脫落情況；

②檢查設(shè)備通信模塊指示燈是否運行正常。

8)風(fēng)扇不能正常運轉(zhuǎn)：

①檢查電源供電是否正常；

②檢查風(fēng)扇或風(fēng)扇線路是否損壞；

根據(jù)上述檢查步驟，便可查出故障所在，然后對故障部件進行更換即可。

3 結(jié)束語

在日常業(yè)務(wù)中，需要臺站保障人員對大氣負離子觀測站的結(jié)構(gòu)原理熟練掌握，且不定期地對大氣負離子觀測站進行巡檢和維護，提高裝備保障能力，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，能及時有效地進行排查和維修，確保設(shè)備正常穩(wěn)定運行，為研究當?shù)氐目諝赓|(zhì)量和生態(tài)環(huán)境提供數(shù)據(jù)支撐和有力保障。