论文部分内容阅读
摘 要：本文主要从酒泉国家基准气候站使用自动能见度观测仪的实际情况出发，阐述自动能见度观测仪结构及工作原理，注重自动能见度观测仪常见运行故障分析处理，并给出了几点自动能见度观测仪维护建议，以供相关部门参考借鉴。
关键词：能见度；自动观测仪；运行故障；分析处理
能见度能够较好表征大气透明度，大气中悬浮颗粒物越多，空气越浑浊，说明能见度越差。能见度好坏可以直接反映一个地区大气环境质量。低能见度天气会对人们生产生活及工作产生不同程度影响，尤其对航空飞行、交通运输等造成影响更大，会严重威胁人们生命财产安全。酒泉国家基准气候站自使用自动能见度观测仪后，提高了能见度观测数据准确性和密度，为改善大气环境质量提供为更为有效指导依据。但仪器在长期运行中也会出现故障问题，影响观测质量。为此本文结合自动能见度观测仪结构及工作原理，对常见运行故障分析处理，并给出能见度仪维护建议，以减少故障发生几率，提升能见度观测数据有效性。
一、自动能见度观测仪结构及工作原理
自动能见度观测仪主要结合气溶胶前向散射原理设计，凭借小体积空气对光散射系数测量，获得采样气体消光系数，得出气象光学能见度。能见度仪结构可靠性较高，功耗低、使用方便，主要由硬件及软件构成，硬件主要由采集器、发射接收端及外围设备三部分构成，软件系统主要涵盖采集系统以及业务系统。
自动能见度观测仪由一个微处理器控制前向散射式测量设备作为光学传感器，其能够对10～50000 m大气能见度做出连续监测。发射器的光源主要为红外LED，通过脉冲调制后向采样空间照射，采样空间内大气粒子对光形成散射，处在发射器及接收器同平面上固定的散射角θ（33°）散射光束向光电探测器上，通过放大及模/数转换后，由 CPU凭借专门算法转变为光学能见度数据。
二、自动能见度观测仪运行故障分析处理
自动能见度观测仪在运行中常发生数据异常问题，发生此类状况不但包括硬件因素，同时也有软件影响，但大部分是因为仪器故障产生。通常表现在外界环境及元件质量两方面影响。所以，应该根据故障具体情况分析，随后采取相应处理方法。
1.数据缺测分析处理
数据缺测原因包括参数设定存在差错；供电故障；通讯故障，线缆接线插头松动，出现接触不良状况；主采集器故障。
故障处理方法：第一，查看参数。判断业务软件系统参数设定是否异常，确定主采集器中是否运用了能见度传感器。可以输入SENST_V判断，假如返回值是1，说明处于开启状态；0说明处于关闭状态。第二，检查供电情况。先查看市电是否处于断开状态，控制处理器以及采集器上的电源状态指示灯是否处于亮的状态，接着应该查看线性电源输出电压是否为12 V。第三，检查传感器。首先对控制板（主板）的红色电源指示灯进行检查，查看其是否处于常亮状态，接着查看采集板绿色状态灯 D3是否常亮。检测黄色状态灯D4 亮2秒停3秒，红色状态灯D5每秒闪烁1次。若不符合上述情况，则需要对控制板以及采集板进行复位操作；断电拔插收发线插，接着通电检查灯是否处于正常闪烁情况。第四，检查通讯系统。对全部的电缆连接及电缆接头是否正确连接以及插牢查看。若上升四点均处于正常状态，则判断为主采集器故障，需要及时维修维护。
2.数据异常分析处理
（1）故障原因。一般来说，能见度观测数据异常主要有以下几个方面。①数据总是偏高，可能是透镜被凝水或灰层污染，所以应及时对透镜清洁；传感器受损或性能降低，需要换取新的传感器；光路受到干扰，横臂朝向不佳，应找出最佳横臂朝向；供电故障，应该及时对供电设施维修维护；②数值保持不变状态；镜头被强光源直射；镜头受遮挡物全部堵住；传感器故障，需要及时对其分析排查维护；③数据存在起伏波动状态；可能是因为传感器接线接头存在松动现象；镜头前存在遮挡物，采样区附近有污染物干扰；亦或是传感器连接线进水，要对这些问题一一排查。④数据始终处于偏低状态；可能是镜片有蜘蛛网、树枝促使发射光物体增强，需要及时清洁处理；还有可能是传感器故障，需要及时换新；被污染物干扰或供电故障，需要及时分析排查。
（2）错误数据处理。若因为视程障碍现象或别的因素而对能见度数据造成影响，但是能见度连续变化处于正常状态时，则能见度数据依然以自动观测为标准；若能见度仪器发生故障问题或造成数据异常情况，定时观测时次可以采取人工补测，人工观测值储存到长Z文件CW段能见度以及VV段10分钟平均能见度，别的VV段自动能见度数据需要做缺测处理；A文件采取人工观测数据。非定时观测时次的正点数据中全部能见度数据都需要按缺测处理。
（3）异常记录处理。能见度观测数据小时内连续60分钟不变，小时常规气象要素数据文件（Z 文件）极值出现时间缺测。这是因为能见度传感器质控参数中“最小应该变化率”设定不合理所产生的。最小变化率应设置为 0.0，这样时间缺测情况便不会出现。
三、自动能见度观测仪维护建议
要想确保自动能见度观测仪始终处于平稳运行状态以及观测数据的高质量，就需要经常对自动能见度观测仪进行维护，降低故障发生频率，确保观测数据的完整性和准确性。日常维护建议如下：1.观测人员应该加强学习，熟练掌握自动能见度观测仪结构以及工作原理、相关技术参数、供电方式等详细情况，以便于维修维护；2.在值班过程中，在正点时刻前10分钟需要及时检查质控与报警信息，要了解其含义及掌握原因和应对措施；3.需要定期对供电设施检查，同时还要及时对蓄电池开展充放电操作，确保蓄电池性能的良好性；4.每天应该对仪器巡检，尤其是自动能见度观测仪的镜头以及光路区域要着重检查，防止蜘蛛网及灰尘影响数据正常监测，如果发现有灰尘、杂质、蜘蛛网等，应该及时清理干净，还可以采取在支管架喷洒杀虫剂等方法预防蜘蛛的出现，有效保護好自动能见度观测仪镜头的洁净性，但是需要注意的是不可以将杀虫剂沾染到镜头上；5.在雷雨季节到来前需要及时对仪器防雷装置检查，要确保防雷设施的有效性和可用性；6.一般每隔两个月便要对发射机及接收机的镜头及外罩清洁维护，可以结合仪器的环境对镜头的清洁周期合理规划。在对透镜进行清洁时，需要采用吹气球、镜头水、镜头纸等专门的工具认真小心开展，要防止镜头受到损坏。7.观测人员要定期对自动能见度观测仪进行校准，通常每年最少需要校准两次，避免仪器因为长期运行使性能下降，影响观测数据准确性。
参考文献：
[1]侯莉，王冰欣，张春霞.HW-N1 型能见度仪的有关问题探讨[J].黑龙江环境通报，2013，1（37）.
[2]马祖胜，罗征，林月兰.能见度观测仪的日常管理与维护[J].广东气象，2013，35（2）.
[3]张仕清，黄高平.自动气象站DNQ2型能见度仪故障分析及维护[J].科技与创新，2017（21）.
作者简介：曹丽娟（1983-），女，汉族，甘肃省定西人，本科学历，工程师，从事气象观测工作。
关键词：能见度；自动观测仪；运行故障；分析处理
能见度能够较好表征大气透明度，大气中悬浮颗粒物越多，空气越浑浊，说明能见度越差。能见度好坏可以直接反映一个地区大气环境质量。低能见度天气会对人们生产生活及工作产生不同程度影响，尤其对航空飞行、交通运输等造成影响更大，会严重威胁人们生命财产安全。酒泉国家基准气候站自使用自动能见度观测仪后，提高了能见度观测数据准确性和密度，为改善大气环境质量提供为更为有效指导依据。但仪器在长期运行中也会出现故障问题，影响观测质量。为此本文结合自动能见度观测仪结构及工作原理，对常见运行故障分析处理，并给出能见度仪维护建议，以减少故障发生几率，提升能见度观测数据有效性。
一、自动能见度观测仪结构及工作原理
自动能见度观测仪主要结合气溶胶前向散射原理设计，凭借小体积空气对光散射系数测量，获得采样气体消光系数，得出气象光学能见度。能见度仪结构可靠性较高，功耗低、使用方便，主要由硬件及软件构成，硬件主要由采集器、发射接收端及外围设备三部分构成，软件系统主要涵盖采集系统以及业务系统。
自动能见度观测仪由一个微处理器控制前向散射式测量设备作为光学传感器，其能够对10～50000 m大气能见度做出连续监测。发射器的光源主要为红外LED，通过脉冲调制后向采样空间照射，采样空间内大气粒子对光形成散射，处在发射器及接收器同平面上固定的散射角θ（33°）散射光束向光电探测器上，通过放大及模/数转换后，由 CPU凭借专门算法转变为光学能见度数据。
二、自动能见度观测仪运行故障分析处理
自动能见度观测仪在运行中常发生数据异常问题，发生此类状况不但包括硬件因素，同时也有软件影响，但大部分是因为仪器故障产生。通常表现在外界环境及元件质量两方面影响。所以，应该根据故障具体情况分析，随后采取相应处理方法。
1.数据缺测分析处理
数据缺测原因包括参数设定存在差错；供电故障；通讯故障，线缆接线插头松动，出现接触不良状况；主采集器故障。
故障处理方法：第一，查看参数。判断业务软件系统参数设定是否异常，确定主采集器中是否运用了能见度传感器。可以输入SENST_V判断，假如返回值是1，说明处于开启状态；0说明处于关闭状态。第二，检查供电情况。先查看市电是否处于断开状态，控制处理器以及采集器上的电源状态指示灯是否处于亮的状态，接着应该查看线性电源输出电压是否为12 V。第三，检查传感器。首先对控制板（主板）的红色电源指示灯进行检查，查看其是否处于常亮状态，接着查看采集板绿色状态灯 D3是否常亮。检测黄色状态灯D4 亮2秒停3秒，红色状态灯D5每秒闪烁1次。若不符合上述情况，则需要对控制板以及采集板进行复位操作；断电拔插收发线插，接着通电检查灯是否处于正常闪烁情况。第四，检查通讯系统。对全部的电缆连接及电缆接头是否正确连接以及插牢查看。若上升四点均处于正常状态，则判断为主采集器故障，需要及时维修维护。
2.数据异常分析处理
（1）故障原因。一般来说，能见度观测数据异常主要有以下几个方面。①数据总是偏高，可能是透镜被凝水或灰层污染，所以应及时对透镜清洁；传感器受损或性能降低，需要换取新的传感器；光路受到干扰，横臂朝向不佳，应找出最佳横臂朝向；供电故障，应该及时对供电设施维修维护；②数值保持不变状态；镜头被强光源直射；镜头受遮挡物全部堵住；传感器故障，需要及时对其分析排查维护；③数据存在起伏波动状态；可能是因为传感器接线接头存在松动现象；镜头前存在遮挡物，采样区附近有污染物干扰；亦或是传感器连接线进水，要对这些问题一一排查。④数据始终处于偏低状态；可能是镜片有蜘蛛网、树枝促使发射光物体增强，需要及时清洁处理；还有可能是传感器故障，需要及时换新；被污染物干扰或供电故障，需要及时分析排查。
（2）错误数据处理。若因为视程障碍现象或别的因素而对能见度数据造成影响，但是能见度连续变化处于正常状态时，则能见度数据依然以自动观测为标准；若能见度仪器发生故障问题或造成数据异常情况，定时观测时次可以采取人工补测，人工观测值储存到长Z文件CW段能见度以及VV段10分钟平均能见度，别的VV段自动能见度数据需要做缺测处理；A文件采取人工观测数据。非定时观测时次的正点数据中全部能见度数据都需要按缺测处理。
（3）异常记录处理。能见度观测数据小时内连续60分钟不变，小时常规气象要素数据文件（Z 文件）极值出现时间缺测。这是因为能见度传感器质控参数中“最小应该变化率”设定不合理所产生的。最小变化率应设置为 0.0，这样时间缺测情况便不会出现。
三、自动能见度观测仪维护建议
要想确保自动能见度观测仪始终处于平稳运行状态以及观测数据的高质量，就需要经常对自动能见度观测仪进行维护，降低故障发生频率，确保观测数据的完整性和准确性。日常维护建议如下：1.观测人员应该加强学习，熟练掌握自动能见度观测仪结构以及工作原理、相关技术参数、供电方式等详细情况，以便于维修维护；2.在值班过程中，在正点时刻前10分钟需要及时检查质控与报警信息，要了解其含义及掌握原因和应对措施；3.需要定期对供电设施检查，同时还要及时对蓄电池开展充放电操作，确保蓄电池性能的良好性；4.每天应该对仪器巡检，尤其是自动能见度观测仪的镜头以及光路区域要着重检查，防止蜘蛛网及灰尘影响数据正常监测，如果发现有灰尘、杂质、蜘蛛网等，应该及时清理干净，还可以采取在支管架喷洒杀虫剂等方法预防蜘蛛的出现，有效保護好自动能见度观测仪镜头的洁净性，但是需要注意的是不可以将杀虫剂沾染到镜头上；5.在雷雨季节到来前需要及时对仪器防雷装置检查，要确保防雷设施的有效性和可用性；6.一般每隔两个月便要对发射机及接收机的镜头及外罩清洁维护，可以结合仪器的环境对镜头的清洁周期合理规划。在对透镜进行清洁时，需要采用吹气球、镜头水、镜头纸等专门的工具认真小心开展，要防止镜头受到损坏。7.观测人员要定期对自动能见度观测仪进行校准，通常每年最少需要校准两次，避免仪器因为长期运行使性能下降，影响观测数据准确性。
参考文献：
[1]侯莉，王冰欣，张春霞.HW-N1 型能见度仪的有关问题探讨[J].黑龙江环境通报，2013，1（37）.
[2]马祖胜，罗征，林月兰.能见度观测仪的日常管理与维护[J].广东气象，2013，35（2）.
[3]张仕清，黄高平.自动气象站DNQ2型能见度仪故障分析及维护[J].科技与创新，2017（21）.
作者简介：曹丽娟（1983-），女，汉族，甘肃省定西人，本科学历，工程师，从事气象观测工作。