新型自动气象站风传感器故障分析及维修

摘 要：本文结合山东省日照市气象局观测风气象要素实际，首先分析了风向、风速传感器常见故障，探讨风传感器故障维修方法，提出风向风速传感器维护注意事项。

关键词：新型自动气象站；风向风速传感器；故障；维修方法

风的观测主要包括有风速观测和风向观测两种。在实际气象测报工作中，风仪器故障在新型自动气象站观测仪器故障中较为常见，不管是风传感器故障，还是线路连接异常造成整体故障，都会影响自动气象站风向风速数据准确性。如果测报人员不能及时发现和处理异常现象，采集器会将错误风向风速数据信息上传，嚴重影响气象服务和气候分析工作质量。

1 新型自动气象站风向传感器故障

1.1 风向传感器风向方位错乱

如果测报人员发现风向方位出现明显的异常时，一般为风向转接盒中有线线路虚接或航空头到转接盒线路错接两种原因。

1.2 风向传感器风向方位不全

观测风向时，如果一段时间内风向方位或多个风向方位都没有变化，则可能风向传感器风向方位不全造成的，这类故障不易被观测人员发现，只有认真巡查、对比，再分析地面月报表、雷达等资料信息后才能发现。通常为风向格雷码盘受损引起。

1.3 风向传感器风向方位偏差

冷空气出现时，风向传感器应测出是偏北风，但实际却是偏西风，这是风向传感器风向方位偏差造成。可能是安装过程中没有将风向传感器指北标志对准北面造成。

2 风速传感器故障

2.1 风速传感器启动风速偏大

若风速传感器启动风速偏大不易被测报人员发现，有时还会误判。如新型自动气象站风向、风速传感器大都在风塔东侧安装，而备用气象站正相反。如果出现偏西风，新型自动气象站风杯就会滞后，备用自动气象站风杯却能正常转动，若滞后时间在1min内且风速<1m/s，此时新型自动气象站风向风速传感器正常。如果出现微风，新型自动气象站风杯很长一段时间内静止，而备用自动气象站却有风速数据，而新型自动气象站的风速数据较小，可以判定为启动风速偏大故障。这是设备老化、润滑干涩等造成的。

2.2 风速（风向）传感器冻结故障

由于加热元件分布风速（风向）传感器内，所以寒冷冬季旋转轴承不易冻结。在轴承外部设置有热动开关，当外界气温<4℃时，会自动打开加热装置。但冬季或冷空气出现过程中，外界环境温度急剧下降，风速明显增加，若加热装置故障，观测的风速数据为0，而风向信息没有明显变化。可以确定风速传感器故障。在向上级领导汇报后，及时取下风速传感器，查看轴承是否冻结，之后加热处理。另外，还要做好风速传感器缝隙处防水处理，重新安装风速传感器，确保风速数据恢复正常。气象部门应在冬季做好风向风速传感器巡视，防止热动开关故障，影响风速数据准确性。

3 风传感器故障的维修方法

3.1 风向传威器检查法

判断风速传感器是否故障，应首先检查供电电压，依次测出采集器、防雷板、风横臂接线盒等相应位置电压，接着风横臂接线盒端的测量，当风速传感器1、2两端分别增加5V直流电压后，在静风天气情况下，风速传感器2、3端会出现0VDC或5VDC电压，若缓慢转动风杯，2、3两端也会有0.7～3.8VDC 电压。若测得电压值始终为 0VDC，说明传感器损坏。

3.2 通讯线路检查法

利用万用表通断档分别测量风向、风速采集器正、负两端和防雷板上10端到19端是否正常连接。如果连接正常，应继续使用这种方法测量防雷板10端到19段是否与采集器机箱CAN总线正常连接。检查CAN总线接口处与风横臂接线盒处连接情况，最后检查风横臂接线盒与航头连接。若检测到防雷板接入前端电压正常，说明防雷板损坏；若检测到风横臂接入前端的电压，说明风线连接故障。

3.3 供电电压检查法

借助万用表20VDC档对风向、风速采集器供电电压进行测量，也就是测量防雷板上10、11两端的电压。正、负两端在正常工作时电压应为5 VDC。如果电压正常，则要测量风转接盒处1、2两端供电电压，测出的工作电压也应为5VDC。

4 风向风速传感器维护注意事项

4.1 做好自动站与EN型自记记录的对比

在对观测的日气象要素数据信息进行维护时，应仔细分析2min内平均风向、风速、10min内的平均风向、风速和最大、极大值。自动气象站内风向仪是通过0～360°方式显示，EN型自记记录以16方位方式显示风向信息，这也是自动气象站对风向风速气象要素数据质量控制的难点。在实际观测工作中，借助逐小时风向变化曲线判断自动气象站观测的风向数据是否出现瞬时变化。如果发现自动气象站与EN自记记录风向误差超过90°，风速误差也较大时，认真分析判断是故障引起的误差还是时间差导致的瞬时变化差异，避免粗心大意引起长时间数据异常。

4.2 低温降雪天气加强监控

日照冬季会出现降温、降雪天气，尤其持续降雪天气过程中，测报人员要及时观察风向风速传感器运行。出外巡查检查风向标、风杯是否正常转动，也可借助新型自动气象站监控系统查看风向、风速显示曲线，如果在一段时间内发现风速变化曲线是直线或风向始终维持一个方向，可判断风传感器冻结。测报人员在巡视过程中也要注意查看风向标实际指向与显示器上风向数据信息是否一致，实际风杯转速和观测的风速数据是否一致，若观测的风向、风速数据信息与实际数据有较大误差，则说明是内部线路中断或接触不良，应及时维修。

4.3 做好风向风速传感器的日常维护

若观测人员可熟练掌握风向风速传感器使用和测量方法，一般在检定期内可以忽略对风向风速传感器维护。如果台站空气污染严重，风传感器转动部件和静止部件之间空隙将会被堵塞，需要及时清除缝隙内污垢。风传感器工作几年后，轴承会有一定磨损，如风杯不能长期连续转动或灵敏度下降，应将风传感器送到专业部门修理。每年通过转动传感器轴部目测检查，检查时先卸掉风向标或风杯，若风传感器正常，说明轴部可以灵活转动，无明显噪音。

参考文献：

[1] 谢建芳，何兴林.新型自动气象站风向风速传感器故障判断及维修[J].时代农机，2015，42（8）.

[2] 蒲利荣，吴采霞，周冬梅.自动气象站风的故障分析处理和维护[J].气象研究与应用，2011，32（S2）.

作者简介：刘晨（1988-），男，汉族，山东东营人，本科，助理工程师，从事测报工作。