Belfort Model 6000型能見度觀測儀故障分析與排查

摘" 要：該文基于Belfort Model 6000型能見度觀測儀，結合其在廣東省2020年10月至2022年10月的故障實例，總結出3類故障，分別是觀測數據缺測、觀測數據亂碼和自檢數據定時出現，并對這3類故障進行統計和分析。統計結果表明，第一種故障現象占總故障次數的86.7%，占比率最大，第二類故障現象占總故障次數的3.3%，第三類故障現象占總故障次數的10%，并針對每一類型故障給出對應的解決方法作為參考，為臺站技術人員在該型號的能見度觀測儀維修工作中提供一些經驗和參考，提高故障排除的準確性，確保能見度觀測儀運行的連續性。

關鍵詞：大氣探測；能見度觀測儀；故障統計和分析；維護維修；故障排查

中圖分類號：P414" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）11-0140-04

Abstract： Based on the Belfort Model 6000 visibility observation instrument， combined with its fault examples from October 2020 to October 2022 in Guangdong Province， it is concluded that the three types of faults are lack of measurement of observation data， garbled observation data and regular occurrence of self-test data， and these three types of faults are counted and analyzed. The statistical results show that the first fault phenomenon accounts for 86.7% of the total number of faults， accounting for the largest proportion. The second type of fault phenomenon accounts for 3.3% of the total number of failures， and the third type of fault accounts for 10% of the total number of failures. The corresponding solutions for each type of failure are given as a reference to provide some experience and reference for station technicians in the maintenance work of this type of visibility observer， so as to improve the accuracy of troubleshooting and ensure the continuity of the operation of the visibility observer.

Keywords： atmospheric detection; visibility observer; fault statistics and analysis; maintenance; troubleshooting

能見度值大小是表示大氣渾濁程度的具體光學指標，同時也是表征大氣透明度的重要物理量[1]。近年來，隨著社會的高速發展，不僅在氣象領域，如海事、交通運輸、航空等其他重要領域均與能見度息息相關，因此能見度觀測儀的運行穩定情況直接影響社會生產和人民生活。

目前能見度觀測儀的類型可分為透視式和散射式，前者是通過大氣透射率或消光系數來確定能見度大小，而后者是通過測量一定體積空氣中散射光強度來確定能見度大小[2]。我國各省國家級自動氣象站使用的均是前向散射式能見度觀測儀，但各自的型號會有所差異。不同型號的前向式能見度觀測儀的故障分析和排查已有一定的研究，胡偉[3]簡要概述了DNQ3型能見度工作原理，并分析了能見度故障排除的方法和維護保養。繆明榕等[4]基于PWD20前向散射式能見度觀測儀，從常見故障出發給出了具體的故障排查步驟和方法。宋中玲等[5]對HY-V35型和DNQ1型能見度觀測儀出現的異常現象進行分析總結，提出各種故障的解決方法。徐劍平等[6]結合新依據傳感器的工作原理和電信號傳輸流程，通過讀取傳感器數據、測試關鍵點電信號，排除HY-V35能見度傳感器故障。王芬芬[7]結合HY-3000型能見度觀測儀，從能見度觀測系統結構的角度，對可能引起數據缺測的故障進行分類和分析，提出了解決數據缺測故障的檢查處理流程。譚凱等[8]對DZZ5型新型自動氣象站一次能見度（HY-3000型）數據缺測故障，進行現場排查、分析、計算，找出了故障原因并給出了處理方法。

目前廣東省國家級自動氣象站中能見度觀測儀的型號基本為Belfort Model 6000型（以下簡稱BM6000型）。雖然不同型號的前向散射式能見度觀測儀的工作原理相近，但由于型號不同，設備的結構和故障點也會有所不同，而目前對BM6000型這款型號的能見度觀測儀故障分析和排查的研究較少，所以本文主要著重介紹BM6000型能見度觀測儀所出現的故障現象，并給出對應的故障排查方法和維護維修方法供臺站技術人員參考。

1" 工作原理

BM6000型能見度觀測儀由傳感器、采集器和外圍設備構成，其中傳感器由發射端和接收端組成，設備的長臂端是接收端，短臂端是發射端，其示意圖和實物圖如圖1所示。其觀測原理是通過發射端發射一束光線，經過一小塊空氣樣本區，接收端測量空氣對入射光的散射情況確定散射系數，在不考慮大氣分子及氣溶膠顆粒的吸收作用時，認為散射系數與消光系數相等，根據柯西米德定律，計算出氣象光學視程（MOR）[9-11]。

氣象光學視程（Meteorological Optical Range），是指白熾燈發出色溫為2 700 K的平行光束的光通量在大氣中削弱至初始值的5%所通過的路徑長度，其計算公式如下[11]

MOR=-ln（？著）/？滓，" " " " " "（1）

式中：？著是視覺對比閾值，指人眼能察覺的最小亮度對比；？滓是大氣水平消光系數，指色溫為2 700 K的白熾光源發出的平行光束經過大氣中單位距離的路徑損失的那部分光通量。當？著為0.05時，可得到公式如下

。" " （2）

2" 故障分析與排查

2.1" 故障統計與分析

本文對BM6000型能見度觀測儀在2020年10月至2022年10月時間段內的故障實例進行分類和統計，在這段時間該款設備的故障總次數有30次，整體而言，該類設備的運行較為穩定，出現故障的次數相比其他氣象觀測要素傳感器而言較少。其主要的故障現象可總結為3類。第一類故障是能見度觀測儀分鐘數據缺測，該類故障存在2種情況。一是設備無工作電流（設備整機工作電流，下同）同時無數據輸出，二是設備有工作電流但無數據輸出；第二類故障是能見度觀測值為亂碼；第三類是能見度觀測值在一段時間觀測后出現自動自檢數據，故障統計具體見表1。

從表1可見，造成第一種故障現象（能見度觀測儀分鐘數據缺測）的發生次數共有26次，占總故障次數的86.7%；第二類故障現象（能見度觀測值為亂碼）的發生次數為1次，占總故障次數的3.3%；第三類故障現象（出現自檢數據）的發生次數為3次，占總故障次數的10%。因此，從統計結果可見，第一類故障的故障占比率最大，該故障常在雷雨天氣過程后出現，主要是受雷雨天氣中打雷和閃電的影響導致相關元器件的損壞。能見度觀測儀的維修需要對觀測儀兩端外殼進行拆卸，并對其中的元器件進行檢查。對不同類型的故障將在下一節進行詳細分析和說明。

2.2" 維修維護方法

針對不同類型的故障現象，現給出參考的維護方法。

2.2.1" 第一類故障情況一：設備無觀測數據并發射端無光線發射

這類故障的原因主要是設備接收端電源板上的保險絲燒斷。解決方法是斷開設備的供電和通訊，然后拆除接收端（長臂端）外殼，使用萬用表的蜂鳴檔對接收端電源板上的保險絲進行測量，如圖2中方框所示，保險絲為刀片形狀。若萬用表有蜂鳴聲則保險絲沒有熔斷，能起保護作用；若無蜂鳴聲則保險絲已熔斷則需要更換。更換后使用穩壓直流電源加電運行，觀察是否有工作電流，若有則將設備通信線纜與電腦筆記本串口相連，使用電腦的超級終端查看是否有數據[8]。

2.2.2" 第一類故障情況二：設備無觀測數據但發射端有光線發射

這類故障的原因有2個，一是設備參數中“polled mode輪詢模式”處于打開狀態，二是設備發射端存在保險絲燒斷或電路板燒壞。

針對該類故障，本文推薦的維修方法如下。

1）將設備通信線纜與電腦筆記本串口相連，加電運行，使用電腦的超級終端，獲取超級用戶后在輸入指令“FC”，在參數“polled mode（y/N）”命令行輸入N關閉輪詢模式再查看是否有數據。

2）檢查發射端保險絲。拆除發射端（短臂端）外殼，使用萬用表的蜂鳴檔對發射端保險絲進行測量（如圖3中方框所示）。若萬用表有蜂鳴聲則表示保險絲正常，若無蜂鳴聲則保險絲已熔斷需要更換。更換后使用穩壓直流電源加電運行，并將設備通信線纜與電腦筆記本串口相連，使用電腦的超級終端查看是否有數據。

3）檢查發射端電路板是否有芯片或部件燒壞。拆除發射端外殼，最直觀的現象是發射端的電路板是否有黑色或燒糊的痕跡，或者通過味道判斷（燒壞電路板會產生一股燒焦味），若是電路板燒壞需要及時啟動備件更換應急處理。

2.2.3" 第二類故障：能見度觀測值為亂碼

這類故障的原因有2個，一是設備參數中波特率設置有誤導致，二是設備發射端的發有元部件燒壞導致。

針對該類故障，本文推薦的維修方法如下。

1）將設備通信線纜與電腦筆記本串口相連，加電運行，使用電腦的超級終端，設置不同的波特率后查看數據，設置如圖4所示。

2）第一個流程嘗試后如設備觀測值仍為亂碼，則需要拆除發射端（短臂端）外殼螺絲，打開外殼檢查接收端是否有部件燒壞。具體可以參考第一類故障的情況二進行排查和分析。

2.2.4" 第三類故障：設備出現自檢數據

這類故障的主要原因是設備參數中“Enable Verbose mode （y/N）”啟動導致。解決方法是將設備通信線纜與電腦筆記本串口相連，加電運行，使用電腦的超級終端，獲取超級用戶后在輸入指令“FC”，在參數“Enable Verbose mode （y/N）”命令行輸入“N”關閉自檢模式即可。在進行指令輸入前需要先登錄設備的超級用戶模式，具體流程如下。

1）在觀測儀和電腦超級終端正常連接通訊后，在超級終端界面鍵入“Ctrl+V”進入超級用戶登錄，輸入“foggy”密碼后回車確認。超級用戶登錄完成后會在消息框中顯示“Operator is now Super User”，這就表示登錄成功。如圖5所示。

2）在超級用戶模式下輸入“FC”指令，通過回車鍵找到“ Enable Verbose mode （y/N） ”命令行，然后輸入“N”后回車確認，通過“Esc”退出參數設置。

3）最后可通過“FN”指令查看參數是否設置成功，具體的各類參數說明如圖6所示。

3" 結束語

由于目前對BM6000型能見度觀測儀的故障分析和排查的研究較少，本文對其在兩年內（2020年10月至2022年10月）的故障實例進行統計分析，總結出觀測數據缺測、觀測數據亂碼和定時數據自檢3大類故障現象。其中第一類故障類型即能見度觀測儀分鐘數據缺測的發生次數最多，這種故障常在雷雨天氣過程后出現，是由于雷雨天氣過程中打雷或雷擊導致設備中個別保險絲熔斷。因此當經過雷雨天氣過程后，臺站人員應及時觀察設備的運行情況，若出現該類故障時可優先排查保險絲問題。如果確定是保險絲熔斷導致數據缺測，則在避開整點時間的情況下，熟練地拆除能見度觀測儀并更換好保險絲以維持設備正常運行。同時也建議臺站人員在做日常維護工作或故障排查時，將出現的問題逐一記錄，為下一次的故障處理提供寶貴的經驗。

本文所涉及的故障點是針對能見度觀測儀本身，文章中所統計的故障情況并不完全代表所有的故障類型，這需要臺站技術人員在設備運行過程中不斷對故障類型的排查和完善。

參考文獻：

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[2] 劉楊，劉文爽，金鐵軍.前向散射式能見度儀的常見故障及維修維護[J].黑龍江氣象，2019，36（4）：38-39.

[3] 胡偉.DNQ3型前向散射能見度儀的故障排除以及維護保養[J].南方農機，2018，49（9）：221.

[4] 繆明榕，趙成誠，王輝，等.PWD20前向散射式能見度儀的故障排查與數據取值[J].電子元器件與信息技術，2018（9）：14-17.

[5] 宋中玲，張靜，潘艷秋.前向散射能見度儀的日常維護及常見故障處理[J].氣象水文海洋儀器，2016，33（3）：109-113.

[6] 徐劍平，章火寶，王宏昌，等.新型自動氣象站稱重降水及能見度傳感器故障維修方法[J].山東氣象，2016，36（3）：81-84.

[7] 王芬芬.前向散射能見度儀數據缺測故障分析[J].氣象水文海洋儀器，2020，37（3）：107-109.

[8] 譚凱，何文常.新型自動氣象站能見度和氣壓數據缺測個例分析[J].氣象水文海洋儀器，2016，33（4）：102-104.

[9] 中國氣象局．前向散射能見度儀規范（試行）[Ｍ].北京：氣象出版社，2011．

[10] 孫學金，王曉蕾，李浩，等．大氣探測學[Ｍ].北京：氣象出版社，2010.

[11] 甘桂華，張小榮.Belfort Model 6000能見度儀工作原理與使用方法[J].廣東科技，2012，21（23）：217-218，207.