降水现象仪的维护与维修

时间：2024-07-06

陈平　李卓茵　吴勇　蒋冬雁

【摘要】文章介绍了国家自动气象站降水现象仪的组成结构，包括接收和发射传感器、数据采集单元、供电控制单元及其附件，并详细阐述了降水现象仪的硬件安装步骤、调试方法、SMOPORT和ISOS软件参数设置。文章还提出了降水现象仪的日常维护要点和常见故障维修方法，旨在为气象台站业务人员提供技术支持和帮助。

【关键词】降水现象仪;组成结构;安装调试;维护维修

【中图分类号】P414.9 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）06-0108-03

0 引言

为了加快国家自动气象站无人值守步伐，推动气象现代化建设，2016年广西全区共安装了93套降水现象仪，包括DSG1、DSG4、DSG5三种型号。降水现象仪是基于现代激光技术的一种光学测量系统，它可以自动识别出毛毛雨、雨、雨夹雪、雪、阵雨、阵性雨夹雪、阵雪、冰雹8种降水现象[1，2]，实现全天候自动观测。数据格式按《功能规格需求书》要求设定，通过快速数字化信号处理器采集、存储、输出。降水现象仪的安装为台站业务人员减轻了工作量，满足了气象服务需求，更好地推动了国家自动气象站自动化发展。

1 组成结构

降水现象仪是一个能够发射水平激光束的智能传感器，主要由传感器、数据采集单元、供电控制单元及其附件组成[3，4]，硬件结构实物图如图1所示。

2 安装与调试

降水现象仪应安装在没有受到光学测量、电磁辐射干扰或影响的地方，避免树荫、虫鸟、闪烁光源和污染源的影响，远离产生热量、妨碍降水采集的设施。

2.1 硬件安装

降水现象仪安装在距观测场南北向中心线西侧8.5 m、东西向中心线北侧9.0 m的西北角位置，其基础中心与能见度仪的基础中心、风塔的基础中心在同一纬度线上。

降水现象儀安装步骤如下。

（1）按尺寸400 mm（长）×400 mm（宽）×400 mm（深）挖好基坑，将厂家提供的4根M12螺杆焊接成用于预埋的地笼，螺杆露出定位板38 mm。将与观测场地网相连的镀锌圆钢（或扁钢）焊接到地笼上，浇灌前先用绝缘胶布缠绕预留的38 mm螺杆部分。沿基坑南面挖一条宽200 mm、深200 mm的浅沟与地沟相连。

（2）沿基础中心向地沟预留一根用于放置信号线的φ50 mmPVC管，再沿距基础中心往南200 mm处向地沟预留一根用于放置供电线缆的φ50 mmPVC管，PVC管底部距地面200 mm。信号线用的PVC管从定位板的中心向上伸出50 mm，供电线缆用的PVC管向上伸出800 mm。为了方便线缆穿过，建议使用两个135°的弯头进行转换，并且提前放置铁丝在PVC管内。

（3）将预埋地笼放入基坑内，用C30混凝土浇灌，在离地面10 cm处缩小至定位板大小，要求基础顶面光滑并与观测场基准点齐平。在基础正南一侧设置降水现象仪的测高基准点。待浇灌的混凝土基础干透后，在安装立杆前将定位板取出。

（4）将综合集成硬件控制器到降水现象仪的信号线用电工胶布包好，通过之前预留的铁丝从连接地沟到基础中心的PVC管穿出，然后从底部穿入降水现象仪的立杆，并从立杆开口处穿出，将立杆开口朝南，通过调节水平螺钉使立杆底座水平。将降水现象仪传感器端的信号线从顶部穿入立杆，从立杆开口处穿出，并将传感器放置在立杆上，注意对齐卡扣，并紧固好。这里需要特别注意：传感器发射端安装朝北，接收端朝南。通过发射红色激光那端为发射端来判断，可用白纸遮挡，但决不能通过眼睛直视红色激光。然后紧固螺钉，调整传感器水平，并装上防溅护罩。

（5）在立杆上安装机箱，门面朝南，高度与其他机箱几乎同高。将降水现象仪信号线、RS485通信线、交流供电线等穿进机箱，并连接好蓄电池，参照图2机箱内部结构示意图进行连接。注意空气开关的左孔接火线，右孔接零线，并接好地线;红色线接蓄电池正极，蓝色线接蓄电池负极。

将降水现象仪的信号线接入接线排（如图3所示），注意接好屏蔽线，每条颜色线的定义见表1。将接入11、12端的RS485通信线另一端接到综合集成硬件控制器的PORT5口上，其中11端对应接PORT5口端子的第5孔，12端对应接PORT5口端子的第4孔。

2.2 软件安装

（1）SMOPORT软件。在业务机上安装SMOPORT软件（PC端综合集成硬件控制器驱动程序），安装成功后，打开软件，设备出厂IP设置为192.168.1.1，首次连接设备前请将计算机IP设置成与设备在同一网段，即192.168.1.x（x可以是2～254之间的数字），连接成功后，可将设备IP更改为单位内网传输用IP。

在网络连接正常情况下，点击“连接设备”后会出现登录对话框，输入用户名（默认SMOPORT）和密码（默认123456）。点击“设置串口信息”，对PORT5对应的串口（通过点击计算机右键“管理-设备管理器-端口”查看Virtual Com Serial5后括号内的COM号）进行参数设置，参数设置如图4所示，并点击“设置当前串口”，保存当前串口信息。

（2）ISOS软件。安装ISOS软件后挂接“天气现象”观测项目并保存，右击设置降水现象仪的通信参数（如图5所示）。

2.3 调试

在ISOS软件的“终端维护”里输入握手命令SETCOMWAY，将其设置为被动读取方式0。用洒水壶在降水现象仪传感器发射端和接收端之间喷洒水雾模拟降水，然后在ISOS软件里查看天气现象的分钟数据，看是否有降水类型产生;或者通过Rainfall软件（配置好参数）查看谱图区是否有降水粒子显示[5];或在终端维护里输入READDATA命令，返回如下数据格式。

BG，800000，01，YWTR，001，20200210152500，001，000，17，z，0，xD，0，xDV，133，xE，0，xEV，133，xH，0，xHV，051，xJ，0，xJV，01，xK，0，xKV，064，wF_B，0，wF_BV，0260，wF_C，0，wF_CV，0240，vA，0，sA，0，9996，ED

若返回“z，0”表示正常，“z，1”表示故障。

3 日常维护

目前，天气现象仍处于平行观测时期，为了评估降水天气现象数据可用性、设备性能和实现天气现象自动观测，就要确保降水现象仪正常稳定运行、数据连续可靠，所以做好降水现象仪的日常维护尤为重要。

（1）台站值班员每天日出前、日落后要对降水现象仪进行巡视，若发现传感器发射端和接收端之间有影响激光畅通的障碍物（如蜘蛛网、树叶等）时，需及时清理干净[6]。

（2）由于恶劣天气或周围环境的原因，可能对激光保护镜片造成污染，从而导致传感器工作能力下降。可查看传感器状态，若状态显示“正常”，表示传感器一切正常，无须维护;若状态显示“污染”，表示激光保护镜片已被污染，但仍可用于测量，需要对激光保护镜片进行清洁;若状态显示“严重污染”，表示激光保护镜片受到严重污染，部分被遮挡，无法进行测量，这时必须对激光保护镜片进行清洁。建议至少每半年对激光保护镜片清洁一次。

清洁激光保护镜片的方法：用一块不起球的软布或沾无水乙醇的脱脂棉擦拭传感器发射和接收两端的激光保护镜片，从镜片中间向两边轻轻擦拭，避免刮花镜片表面。

（3）防溅护罩安装在传感器顶部，上面有许多小孔，能分解降落的水滴。一旦小孔被鸟屎、蚊虫、腐蚀的树叶等堵住，影响护罩的防溅作用，所以必须定期对防溅护罩进行清理。取下防溅护罩后用刷子或家用清洁剂进行冲洗，冲洗干净后再重新安装在传感器顶部。

（4）巡视时检查降水现象仪供电系统是否正常;用万用表测量交流供电电压是否为220 V、直流供电电压是否为12 V;测量蓄电池电压是否在13 V左右，保证蓄电池处于充满状态。检查所有线缆是否连接牢固，是否存在老化现象;所有接线端子是否拧紧，接地是否良好。每年汛期前需对防雷设施进行全面检查，复测接地电阻，满足国家自动气象站防雷技术要求。

台站人员需将维护记录填在值班日志中，并在ASOM平台上填报维护单。

4 常见故障及维修方法

降水现象仪安装在观测场内，在长期运行過程中，难免会出现故障，需及时处理和排除。现总结工作中常见降水现象仪故障现象，并给出解决方法。

（1）电源故障。检查降水现象仪的供电是否正常，用白纸挡在传感器发射端，观察是否有红色激光产生。若无激光产生，用万用表直流电压挡测量图5中接线排6、7两端电压是否为13.8 V。若电压异常，则按照图2所示检查供电系统。若电压正常，测量传感器发射端下面的1、2接线柱电压是否为直流13.8 V，若电压正常且传感器无法正常工作，则判定为传感器故障[7]。

检查图2降水现象仪机箱内供电系统，先检查空气开关火零之间电压、火地之间电压和零地之间电压是否正常。若不正常，则测量观测场总配电箱的电压是否正常，若正常则说明降水现象仪机箱内空气开关故障。若正常，测量朝阳电源控制器的输入端和负载端电压是否正常，若输入端电压（AC220 V）正常而输出端电压（DC13.8 V）异常，则判定朝阳电源控制器故障。

（2）通信故障。在供电正常情况下，检查通信部分。将综合集成硬件控制器PORT5口端子上红蓝线另一端接入RS485转RS232测试线，再通过USB转串口线连接电脑，用串口调试助手工具发送READDATA命令，查看是否有正常数据返回。若有数据，则检查综合集成硬件控制器是否工作正常和PORT5端子接线是否松动[8]。

若无数据，将PORT5口上的红蓝线按原位置接回，然后将图5接线排中序号为4（黄）、5（蓝）两根线分别接入RS485转RS232测试线上的A和B口，再通过USB转串口线连接电脑，用串口调试助手工具发送READDATA命令，查看是否有正常数据返回。

若依然无数据返回，则用万用表通断挡检查信号线是否故障。测量传感器发射端下部的3号接线柱与机箱内接线排4号线是否导通，传感器发射端下部的4号接线柱与机箱内接线排5号线是否导通，如果均正常导通，则判断为传感器故障。若有数据返回，用万用表通断挡测量机箱接线排4号线与11号线是否导通，5号线与12号线是否导通，如果均正常导通，则检查接线排11、12号线是否分别与综合集成硬件控制器PORT5口的5、4号端子导通。

若上述都正常，则检查计算机COM口的选择是否正确，传感器发射端下部的RS485/RS232拨码开关设置是否正确（RS485通信方式是将拨码开关1、2、3拨到“ON”，4、5、6拨到“OFF”）。

（3）ISOS软件连接故障。检查ISOS软件里“天气现象观测项目”是否正确挂接;检查天气现象通信参数是否设置正确。在“终端维护”里输入命令SETCOMWAY，查看是否返回0（被动读取方式）。

检查SMOPORT软件是否能正常连接。若不能正常连接，则检查业务机内网的IP地址是否ping的通，ping不通表示光纤通信出现故障。若能正常连接，检查降水现象仪的串口信息是否设置正确。

5 结语

本文通过介绍国家自动气象站降水现象仪的组成结构、硬件和软件的安装、调试方法、日常维护，还给出了降水现象仪出现的常见故障和维修方法，在国家自动气象站实行无人值守后，为台站人员在降水现象仪发生故障时能快速排除故障并确保设备正常运行、数据完整可靠提供有力支撑。

参考文献

[1]中国气象局综合观测司.地面气象自动观测规范[M].北京：气象出版社，2019.

[2]任思宇，丘平珠，谭斐，等.降水现象平行观测评估与分析[J].气象研究与应用，2019，40（1）：88-90.

[3]张凯涛，李辰俊，卢素花. 浅谈降水现象仪故障判断方法[J]. 气象水文海洋仪器，2018，35（4）：87-91.

[4]杜波，马舒庆，刘达新，等.雨滴谱降水现象仪综合测试系统设计[J].气象科技，2018，46（1）：56-63.

[5]李炳昆，张鹏，乔延艳，等.DSG5降水现象仪安装技术[J].农业灾害研究，2017，7（1）：24-25，35.

[6]赵燕花，许靖，解统刚，等.雨滴谱降水现象仪工作原理及常规维护要点[J].青海气象，2018（4）：76-79.