浅谈民航自动气象观测系统中气压传感器的故障分析和排查

摘要：随着国内民航气象事业的不断发展，自动气象观测系统已经成为民航气象设备系统中不可或缺的一部分，其稳定性也直接影响着民航气象对外服务的质量。智慧气象监测仪在气象设备维护工作中给机务员的工作效率带来极大的提高，在整个自动气象观测系统中，原始的气压值一般由安装在跑道边的气压仪测量提供，输入到系统主机后进而计算出场面气压QFE、修正海压QNH等必须显示在用户界面的要素。本文将以芬兰vaisala公司的自动气象站MAWS301为例，简述其气压值在用户界面偶发丢失的分析、排查过程。

关键字：自动气象观测系统；气压传感器；故障分析；排查

自动气象站MAWS301和 PTB330气压仪概述

自动气象站MAWS301

自动气象站MAWS301主要由风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、雨量传感器、数据采集器以及电力系统等构成。其中以数据采集器QML201为核心，其余各要素传感器分别以不同的传输方式与其相连接。数据采集器将各传感器原始数据接收后，通过模数转换、算法处理等操作，再按照设置的时间间隔将各要素数据以RS-485、RS- 232、modem等传输方式推送到系统服务器，由服务器进行后续数据处理工作，并最终显示在用户界面。

PTB330气压仪

P TB330系列气压计使用vaisala开发的BAROCAP硅电容绝对压力传感器进行大气压测量。其内部配有一个、两个或三个这样的气压计模块。在整个MAWS301自动站的构造中，PTB330与数据采集器相隔很近，因此气压计一般采用RS-232传输方式与数据采集器相连。采用这种传输方式的时候，数据采集器QML201内部需要插入一块与之相匹配的DSU232模块。在这样的连接情况下，便可以使用数据采集器的维护口，对气压计进行透传连接，进而对气压计做一些相关配置。

故障现象及其故障分析

故障现象

根据用户描述，长期以来，在用户显示界面的QNH值和QFE值会偶而发生同时丢失现象，丢失时间几秒到几十秒、一分钟不等。维护人员查看相关历史记录，气压数据确实有丢失情况。

故障分析

由于用户界面的相关气压值丢失的持续时间很短，且发生丢失情况的时间毫无规律，非常偶然，所以无法在出现数据丢失的时间内进行常规的检查和操作。针对类似于这种比较特殊的故障现象，只能通过从数据源到终端显示、从供电设施到传输线路、从软件到硬件的整个系统一步步详细分析和排查才能确定故障点。

首先需了解从数据源到终端显示的整个传输线路，如图1所示。

根据传输线路可以知道，风速、风向、温度、湿度、气压等数据首先均由数据采集器收集，传送到服务器，经过服务器处理后显示在界面。查看历史记录，发现在气压数据丢失的同一点次，温湿度数据正常接收和显示。因此按照常规故障分析经验，可以首先排除它们的共同节点故障。也就是说，在气压数据丢失的时刻，可以判定数据采集器是正常工作的，传输线路是稳定的。而气压传感器和数据采集器使用的是同一个15V供电端子，因此可以判定供电也是正常的。通过以上分析和排除，在数据丢失的点次，可疑的故障点有两个：气压传感器自身没有数据输出，或者是服务器的气压计算服务停止。

对于每个传感器原始数据，服务器均有相应的一项计算服务，这些服务是单独运行的。有可能气压计算服务停止导致数据丢失，但查看历史记录发现在数据丢失的时候，服务器并未收到气压传感器发送来的原始数据。因此，最可疑故障点为气压传感器本身。

故障排除措施

按照正常排故思路，应该直接更换气压传感器的备件进行观察，但上文中提到跑道三端的气压计均有类似的数据偶发丢失情况。三个气压计均故障的概率很小，由此也可以推断出故障点为气压传感器的某个共同性质。使用维护终端连接数据采集器，可以在界面中看到数据以报文形式自动推送。每三秒钟推送一次风数据，而温度、湿度、气压、雨量、状态信息等均为一分钟推送一次。在第1章节中介绍过，这些数据是通过不同传输方式、不同物理通道与数据采集器连接的。他们的传输是独立的，互相之间没有影响。如果气压传感器自身故障，则数据采集器中便会没有气压数据的显示，而不影响其他数据，这也符合故障现象。

在连续输出数据的界面，输入如下命令，进入气压传感器：

open

open DSU232_0_1

同样，在气压计正常输出数据的情况下，也会看到气压数据以报文形式每隔一分钟输出一次。只是报文格式与数据采集器中的不同，这里的更为详细，包括三个气压模块的值、平均值、气压变化趋势等。这里的输出格式是可以配置的，对应命令为form，格式是有一定限制的，由固定的字符和一些空格组成，配置不正确的话会导致气压传感器无法输出。由此可以发现，气压传感器会因为配置的问题无法输出数据。通过查阅资料和在备件上面做实验，气压传感器的常规配置有：

addr 修改气压计的ID

form 设置输出格式

intv 设置输出间隔

seri 设置端口速率

smode 转换传输模式

这些命令都可能导致气压计不输出数据，但是相关配置基本是出厂的默认配置，也没有人去修改。在用户界面气压能够有效且长期正常显示，只是偶尔丢失，说明这些配置是稳定可靠的。

可以确定，在数据丢失的时刻，数据采集器没有向服务器推送气压数据。上文讲过，数据采集器一分钟推送一次气压数据。而数据采集器接收来自气压计的数据频次取决于气压计输出间隔的配置。通过查阅资料，了解到数据采集器的采集机制，比如气压一分钟输出的数据是数采器在这一分钟内接收到的来自气压计的最后一次有效数据。也就是说，一分钟内数采器收到两次气压数据，如果第二次有效，则显示第二次；一分钟内收到六次，第六次有效，则显示第六次。通过这一原理，查看气压计的输出间隔，发现被设置为一分钟。这样一来，数采器每分钟只能收到一次气压数据。如果一切正常，这样配置是没问题的，但气压传感器作为户外的持续供电工作设备，要求每分钟都必须正常有效输出数据，就会产生隐患。比如某一时刻气压孔被小虫子堵一下，又或者内部运算在某一分钟出错等原因，均会导致偶然的气压数据丢失。而如果将气压计的输出间隔设置小一些，10秒或15秒，数采器在一分钟内能够接收6或者4次气压数据，这样对气压计的容错率就高了很多，能够基本保证数采器每分钟都能收到有效气压数据。

>intv 10 s

Output intrv. ： 10 s

>r

最终，使用intv命令将气压计的输出间隔设为10秒。后续观察中，用户未反映再有气压丢失情况，查看历史记录，也无原始数据丢失情况。