马山县大气负离子观测站设备的维护和维修

魏建军 黎勋 苏禹宾 王玮 吕抒航

【摘 要】文章介绍了马山县大气负离子观测站的硬件结构，包括大气负离子监测系统和太阳能供电系统，同时探讨了大气负离子观测站设备的日常维护和常见故障维修，为台站维修人员提供了有力保障。

【关键词】大气负离子;观测站;系统结构;维护维修;马山

【中图分类号】P49 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）11-0062-03

0 引言

空气是由无数个分子组成的，由于自然界的紫外线、宇宙射线、土壤和空气放射线的作用，有些空气分子被电离而成为自由电子，大部分自由电子被氧气所获取，导致氧气带负电荷，形成“负氧离子”，也就是我们通常所说的“负离子”[1，2]。

负离子有降尘、灭菌、净化空气等作用，因其能提供负电荷，具有较强的抗氧化作用。医学研究表明，负离子具有降解中和空气中的有害气体、调节人体生理机能、消除疲劳、改善睡眠、预防呼吸道疾病、改善心脑血管疾病、降血压、增进人的食欲、增强皮肤弹性及抗衰老等作用，被誉为“空气中的维生素”[3]。

由于负离子对人体的健康有重要作用，以及它与大气污染有着密切的相关性，因此大气负离子浓度成为评价空气质量的重要指标。

大气负离子观测系统可用于测量单位体积内大气负离子浓度、空气温度和空气相对湿度，能自动、连续、长期、全天候地监测大气负离子浓度变化，它具有测量准确、灵敏度高、环境适应能力强、能长期在野外不间断工作的特点，满足采集高精度和高稳定性的观测数据，能适应气象观测的业务需求。

1 大气负离子观测站简介

马山县大气负离子观测站引用的是美国Epex系列大气负（氧）离子监测系统（如图1所示）。该系统主要用于测量迁移率K≥0.4 cm2/V·s的小粒径负离子浓度值，也能测量空气温度和相对湿度两个气象要素。马山县大气负离子观测站安装在水锦顺庄景区内，采用GPRS无线通信传输，太阳能供电系统供电，为野外无人值守观测提供了便利。

大气负离子观测站由大气负离子监测系统和太阳能供电系统组成。

1.1 大气负离子监测系统

大气负离子监测系统包括数据采集器、离子传感器、温湿度传感器、无线GPRS通信模块等。该观测系统采用“电容式吸入法”原理[4]进行负离子检测，测量空气中的负离子浓度值。在离子传感器（或称采集筒）的极化板上加载定量的极化电压，再让被测空气按设定的速度匀速通过传感器。空气中特定的小粒径负离子在电场的作用下发生偏转，被采集板所捕获。采集到的负离子负电荷量经过采集器处理，即可计算出负离子的浓度值。

大气负离子监测系统采集箱内部结构如图2所示。

1.2 太阳能供电系统

太阳能是一种干净的可再生新能源，具有无噪声、无污染、无动部件、可靠性高等特点。太阳能供电系统（如图3所示）由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池组组成，其供电系统箱内部组成结構如图4所示。各部件功能介绍如下。

（1）太阳能电池组件：太阳能电池组件是太阳能供电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

（2）太阳能控制器：太阳能控制器是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过放电保护和过充电保护的作用。

（3）蓄电池组：由4个蓄电池组成，每个蓄电池为100 AH的免维护蓄电池，其作用是在有光照时将太阳能电池组件所供出的电能储存起来，等到需要的时候再释放出来。

2 大气负离子观测站日常维护和常见故障维修

大气负离子观测站安装在景区，站点附近有较多植被，昆虫较多，而且马山雨量充沛，需定期对站点做好日常维护，如果维护不到位，将会影响大气负离子观测站的正常稳定运行和观测数据的连续性。

2.1 日常维护

定期对大气负离子观测站进行日常维护，我们一般将设备维护周期定为一个季度一次，做好维护记录，如果发现数据异常时需采取有效措施进行处理，保证设备长期、稳定运行，确保大气负离子观测资料的连续性、可靠性、准确性。日常维护步骤如下。

（1）打开大气负离子监测系统机箱，查看设备运行状况。检查主板显示屏状态，显示是否完整，时间运行是否正常，采集数是否在3 000～16 000，空气温度、相对湿度值是否正常。检查通信模块指示灯是否运行正常。

（2）清理设备进风口、出风口，注意清理蜘蛛网、昆虫等杂物，保证设备风道通畅。

（3）清理采集筒内壁和采集棒之间连接件的灰尘、蜘蛛网等杂物，最好用酒精擦洗并吹干，确保设备的稳定运行。

（4）检查风扇运行状况，清理风扇灰尘、杂物等。

（5）线缆检查。检查空气开关、浪涌保护器等接线部分连接是否牢固;检查采集器、风扇、极化电压、加热线、数据采集电缆等接线端子连接是否牢固;检查设备通信天线接口是否拧紧。

（6）测量电压值。测量电源输入电压是否为220 V，测量电源输出电源是否为12 V，测量极化电压（采集筒与地之间的电压）是否为38 V，测量除湿电压（加热端与地之间的电压）是否在6～12 V。

2.2 常见故障维修

由于设备长期不间断地在野外工作，因此发生的故障现象复杂多变。现结合日常工作中可能出现的故障进行分析，并给出解决方案。

（1）设备屏幕没有点亮。检查输入电压220 V是否正常，检查空开、防雷模块;检查输出电压是否为12 V，检查绿色接线端子是否牢固;如均正常，则需更换主板[5]。

（2）设备时间不正确。如果时间能运行，关机后时间又变乱，则更换主板的纽扣电池;如果是设置时间不能正常显示，则是时钟芯片或晶振有问题，需更换主板。

（3）设备显示掉线状态。检查设备是否断电，是否是太阳能供电不足;检查主板RS232通信接口是否正常工作;检查设备安装地手机信号强弱;检查设备的通信模块服务器IP地址或端口对不对，若不对需重新设置;检查SIM卡是否欠费或失效;若上述情况均正常，则致电广西气象技术装备中心值班电话，检查服务器端的接收软件是否运行等情况。

（4）负离子浓度值较小。检查风扇是否正常工作;检查采集筒内是否有蚊虫、蜘蛛网等杂物[6，7];检查进风口是否被堵;检查采集板是否出现故障，若判断是故障，则需更换主板。

（5）采集数为0。显示屏上的Rate、Base对应的数值为采集数。若采集数为0，检查采集板的排线是否老化，是否有短路、断路情况;检查采集板和采集棒是否接触牢固;检查采集筒是否有极化电压;若均正常，则可能是主板出现故障，需更换主板。

（6）采集数为65535。有可能是当地相对湿度过大导致，确认设备是否长时间被云雾笼罩;检查当地是否有大电场干扰;检查采集板的排线是否老化，是否有短路、断路情况;检查采集筒内是否有蚊虫、蜘蛛网等杂物。

（7）电源故障。检查空开和防雷模块与电源模块之间的接线是否脱落;检查设备通信模块指示灯，若通信模块指示灯亮，主板显示屏不亮，则更换主板，若通信模块和主板显示屏均不亮，则有可能是电源模块损坏。

（8）风扇不能正常运转。将风扇插头拔下，测量风扇的供电口，若在一个开关周期内都没有电压输出，表示主板出现问题，需更换主板;若主板有电压输出，则是风扇损坏或者风扇线路损坏，需进行更换。

3 结语

由于大气负离子的浓度值可以反映一个地区的空气质量，成为评价环境优良的指标之一，因此很多大气负离子观测站都安装在景区或森林等地方，其观测数据为旅游、环保等部门对环境监测提供有力支撑。气象部门结合所在观测站的气象条件、气象要素等进行分析，为监测生态环境和预警服务提供基础保障。因此，不断研究和总结出大气负离子观测站常见故障及维修维护方法，对保证大气负离子观测系统稳定运行具有深远意义。

参 考 文 献

[1]尚媛媛，王红波，陶勇，等.赤水市大氣负氧离子的时空特征及与气象因子的关系[J].中低纬山地气象，2018，

42（4）：43-48.

[2]黎勋，魏建军，王玮.广西负氧离子浓度的变化特征分析[J].气象研究与应用，2019，40（3）：98-101.

[3]阚莉，陈明.空气中负氧离子研究现状[J].资源节约与环保，2015（7）：123.

[4]邬昀.“电容式吸入法”空气负离子监测系统工作原理及典型故障分析[J].气象水文海洋仪器，2015，32（2）：99-102.

[5]侯飙，韩书新.大气负氧离子自动观测仪的保障和维护[J].黑龙江气象，2016，33（4）：33-34.

[6]崔炜.负离子监测仪安装与维修技术要领[J].陕西气象，2017（6）：45-46.

[7]蒋冬雁，陈平，李伟雄.铂电阻温度传感器检定结果的不确定度分析评定[J].企业科技与发展，2019，450（4）：67-68.