淺談民航自動氣象觀測系統中氣壓傳感器的故障分析和排查

摘要：隨著國內民航氣象事業的不斷發展，自動氣象觀測系統已經成為民航氣象設備系統中不可或缺的一部分，其穩定性也直接影響著民航氣象對外服務的質量。智慧氣象監測儀在氣象設備維護工作中給機務員的工作效率帶來極大的提高，在整個自動氣象觀測系統中，原始的氣壓值一般由安裝在跑道邊的氣壓儀測量提供，輸入到系統主機后進而計算出場面氣壓QFE、修正海壓QNH等必須顯示在用戶界面的要素。本文將以芬蘭vaisala公司的自動氣象站MAWS301為例，簡述其氣壓值在用戶界面偶發丟失的分析、排查過程。

關鍵字：自動氣象觀測系統；氣壓傳感器；故障分析；排查

自動氣象站MAWS301和 PTB330氣壓儀概述

自動氣象站MAWS301

自動氣象站MAWS301主要由風速傳感器、風向傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、雨量傳感器、數據采集器以及電力系統等構成。其中以數據采集器QML201為核心，其余各要素傳感器分別以不同的傳輸方式與其相連接。數據采集器將各傳感器原始數據接收后，通過模數轉換、算法處理等操作，再按照設置的時間間隔將各要素數據以RS-485、RS- 232、modem等傳輸方式推送到系統服務器，由服務器進行后續數據處理工作，并最終顯示在用戶界面。

PTB330氣壓儀

P TB330系列氣壓計使用vaisala開發的BAROCAP硅電容絕對壓力傳感器進行大氣壓測量。其內部配有一個、兩個或三個這樣的氣壓計模塊。在整個MAWS301自動站的構造中，PTB330與數據采集器相隔很近，因此氣壓計一般采用RS-232傳輸方式與數據采集器相連。采用這種傳輸方式的時候，數據采集器QML201內部需要插入一塊與之相匹配的DSU232模塊。在這樣的連接情況下，便可以使用數據采集器的維護口，對氣壓計進行透傳連接，進而對氣壓計做一些相關配置。

故障現象及其故障分析

故障現象

根據用戶描述，長期以來，在用戶顯示界面的QNH值和QFE值會偶而發生同時丟失現象，丟失時間幾秒到幾十秒、一分鐘不等。維護人員查看相關歷史記錄，氣壓數據確實有丟失情況。

故障分析

由于用戶界面的相關氣壓值丟失的持續時間很短，且發生丟失情況的時間毫無規律，非常偶然，所以無法在出現數據丟失的時間內進行常規的檢查和操作。針對類似于這種比較特殊的故障現象，只能通過從數據源到終端顯示、從供電設施到傳輸線路、從軟件到硬件的整個系統一步步詳細分析和排查才能確定故障點。

首先需了解從數據源到終端顯示的整個傳輸線路，如圖1所示。

根據傳輸線路可以知道，風速、風向、溫度、濕度、氣壓等數據首先均由數據采集器收集，傳送到服務器，經過服務器處理后顯示在界面。查看歷史記錄，發現在氣壓數據丟失的同一點次，溫濕度數據正常接收和顯示。因此按照常規故障分析經驗，可以首先排除它們的共同節點故障。也就是說，在氣壓數據丟失的時刻，可以判定數據采集器是正常工作的，傳輸線路是穩定的。而氣壓傳感器和數據采集器使用的是同一個15V供電端子，因此可以判定供電也是正常的。通過以上分析和排除，在數據丟失的點次，可疑的故障點有兩個：氣壓傳感器自身沒有數據輸出，或者是服務器的氣壓計算服務停止。

對于每個傳感器原始數據，服務器均有相應的一項計算服務，這些服務是單獨運行的。有可能氣壓計算服務停止導致數據丟失，但查看歷史記錄發現在數據丟失的時候，服務器并未收到氣壓傳感器發送來的原始數據。因此，最可疑故障點為氣壓傳感器本身。

故障排除措施

按照正常排故思路，應該直接更換氣壓傳感器的備件進行觀察，但上文中提到跑道三端的氣壓計均有類似的數據偶發丟失情況。三個氣壓計均故障的概率很小，由此也可以推斷出故障點為氣壓傳感器的某個共同性質。使用維護終端連接數據采集器，可以在界面中看到數據以報文形式自動推送。每三秒鐘推送一次風數據，而溫度、濕度、氣壓、雨量、狀態信息等均為一分鐘推送一次。在第1章節中介紹過，這些數據是通過不同傳輸方式、不同物理通道與數據采集器連接的。他們的傳輸是獨立的，互相之間沒有影響。如果氣壓傳感器自身故障，則數據采集器中便會沒有氣壓數據的顯示，而不影響其他數據，這也符合故障現象。

在連續輸出數據的界面，輸入如下命令，進入氣壓傳感器：

open

open DSU232_0_1

同樣，在氣壓計正常輸出數據的情況下，也會看到氣壓數據以報文形式每隔一分鐘輸出一次。只是報文格式與數據采集器中的不同，這里的更為詳細，包括三個氣壓模塊的值、平均值、氣壓變化趨勢等。這里的輸出格式是可以配置的，對應命令為form，格式是有一定限制的，由固定的字符和一些空格組成，配置不正確的話會導致氣壓傳感器無法輸出。由此可以發現，氣壓傳感器會因為配置的問題無法輸出數據。通過查閱資料和在備件上面做實驗，氣壓傳感器的常規配置有：

addr 修改氣壓計的ID

form 設置輸出格式

intv 設置輸出間隔

seri 設置端口速率

smode 轉換傳輸模式

這些命令都可能導致氣壓計不輸出數據，但是相關配置基本是出廠的默認配置，也沒有人去修改。在用戶界面氣壓能夠有效且長期正常顯示，只是偶爾丟失，說明這些配置是穩定可靠的。

可以確定，在數據丟失的時刻，數據采集器沒有向服務器推送氣壓數據。上文講過，數據采集器一分鐘推送一次氣壓數據。而數據采集器接收來自氣壓計的數據頻次取決于氣壓計輸出間隔的配置。通過查閱資料，了解到數據采集器的采集機制，比如氣壓一分鐘輸出的數據是數采器在這一分鐘內接收到的來自氣壓計的最后一次有效數據。也就是說，一分鐘內數采器收到兩次氣壓數據，如果第二次有效，則顯示第二次；一分鐘內收到六次，第六次有效，則顯示第六次。通過這一原理，查看氣壓計的輸出間隔，發現被設置為一分鐘。這樣一來，數采器每分鐘只能收到一次氣壓數據。如果一切正常，這樣配置是沒問題的，但氣壓傳感器作為戶外的持續供電工作設備，要求每分鐘都必須正常有效輸出數據，就會產生隱患。比如某一時刻氣壓孔被小蟲子堵一下，又或者內部運算在某一分鐘出錯等原因，均會導致偶然的氣壓數據丟失。而如果將氣壓計的輸出間隔設置小一些，10秒或15秒，數采器在一分鐘內能夠接收6或者4次氣壓數據，這樣對氣壓計的容錯率就高了很多，能夠基本保證數采器每分鐘都能收到有效氣壓數據。

>intv 10 s

Output intrv. ： 10 s

>r

最終，使用intv命令將氣壓計的輸出間隔設為10秒。后續觀察中，用戶未反映再有氣壓丟失情況，查看歷史記錄，也無原始數據丟失情況。