区域自动气象站设备的防雷设计

区域自动气象站设备的防雷设计（精选8篇）

区域自动气象站设备的防雷设计 篇1

邬洪养

（怀集县气象局，广东怀集，526400）

摘要：区域自动气象站的观测设备都是弱电设备，易受雷击（太过口语化）。本文通过调研近几年来本市内区域自动气象站常见的一些气象设备遭受雷击的实例，比照（是说比较吗？，也不能说比较，应该是根据现有的。。。）有关防雷设计规范和雷电学基本原理，分析雷击原因，查找防雷的薄弱环节。重点探讨现在的区域气象自动站的风向风速传感器、数据采集设备和线路屏蔽等的雷电防护设计技术，提出了相应防雷保护技术措施，以供同行参考。

关键词：自动气象站；防雷；接地

引言

随着科技的进步和气象现代化的发展需要，近几年，各地按要求都建设了许多区域自动气象站（表达过于通俗）。这些自动气象站所收集的气象资料，对我省气象部门作为天气预报的第一手资料，起到了极为重要的作用，故保障这些自动气象站设备的正常运行非常重要。区域自动气象站因其观测环境条件及安全的要求，基本建于较高较空旷的建筑物天面上，测风杆（塔）则成为孤立高耸物，是最容易遭受雷击的。而供电线路又多是架空线路，通过对自动气象站安装的雷击记录式避雷器的数据统计显示，自动气象站是经常遭受到雷电波侵袭的，有的站甚至一年内多次遭受到雷电侵袭，严重的造成自动气象站设备损坏、观测中断。所以，为了保护设备的正常工作，应对自动气象站进行综合防雷考虑。（全文格式统一）区域自动气象站设备的组成及工作原理

现用区域自动气象站的设备（我省基本是WP3103型，如下以之为例）主要由气象要素传感器（风向、风速、雨量、气温等）、数据采集器和电源组成。

区域自动气象站的工作原理主要是用于对风向、风速、雨量、气温等气象要素进行全天候监测的数据，通过气象要素传感器传给数据采集器，再经数据采集器处理，通过通讯方法（电话信号、GPRS移动通讯等）将这些数据传输到气象中心计算机气象数据库中，进行统计分析和处理。3 自动气象站设备受雷害分析 3.1 直击雷

直击雷是指雷电直接击在建筑物或设备上，其破坏力是很大的，如果雷击在设备上，就能在瞬间产生很高的电压，放电后会转化为热能和机械能，使设备损坏甚至摧毁。3.2 雷电感应

当天空中有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等，都由于静电感应的作用而带上相反的电荷，地面某些局部，例如架空导线，由于与大地间的电阻比较大，当雷击发生后，导线上的感应电荷不能在同样短的时间内消失，就会形成局部地区感应高电压。雷电流具有较大的辐值，在它周围的空间里会产生强大的变化的电磁场，处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。雷电的静电感应和电磁感应（其原理图如下图1示）会使自动气象站的部分弱电设备由于过电压入侵而遭受损坏。

图1雷电感应原理图

3.3 雷电波侵入

是由于直击雷或间接雷从输电线、通信线缆、网络线、无线电天线等金属的引入线侵入室内, 危及人身安全或损坏设备（其原理如下图2示）。

图2雷电波侵入原理图

3.4 地电位反击

是指不同的两个接地体，如果其间距不够，当其中一个接地体因雷击而使雷电流沿其注入大地造成电位抬升，电位达到一定临界击穿值时，将对临近的接地体放电，即反击，反击使地电位抬升（其原理如下图3示）。

图3地电位反击原理图

3.5 电磁兼容

IEC定义是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作，并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力（其原理图如下图4示）。

图4电磁兼容原理图

3.6 雷击个案分析

为弄清区域自动气象站设备易受雷击的原因，笔者通过对本市区域自动气象站的运作情况调查，发现被雷击损坏的主要有风向风速传感器、TDU和数据采集器模块等，下面对二个受雷击有代表性的案例作分析。

（1）某站被雷击损坏风传感器、TDU和数据采集器模块等设备。这案例根据当时现场情况分析，主要是由风铁塔的避雷针直接接闪而导致与其相连的风向风速感应器受击，使风传感器损坏的；虽然现在的自动气象站数据线做了电磁屏蔽，但由于直击雷电流较强，得不到有效的抑制，雷电波又沿数据线入侵损坏了采集器模块设备。（2）另一站两次同样被雷击损坏风传感器。

这站两起雷击事件都是由风铁塔的避雷针直接接闪而导致风传感器损坏的，不同的是受雷击时的强度不同，受避雷针接闪时发生的闪击或雷电流在泄放过程中的瞬态雷电感应过电压引起的（描述不清楚）。

从以上案例可见，雷击都是由风铁塔的避雷针直接接闪而引起的。避雷针也叫引雷针，其作用在于将雷电栏截并通过事先设计好的金属装置改变雷电通道，使其不发生在需保护的物体上。若雷电流泄放不好，会对相连的导体等产生瞬态感应过电压，对弱电设备会造成损坏。4 防雷的设计 4.1直击雷的设计

区域自动气象站因其观测环境条件的要求，多建于较高较空旷的建筑物天面上，风铁塔（高约5米左右）安装在这环境开阔的建筑物天面上，成为了雷电接闪的最佳选择，很容易遭受雷击。而安装在风铁塔上的风传感器及相连的数据采集器等设备都是弱电流设备，对强大的雷电流是十分敏感和脆弱。为此，条件可能的情况下，尽可能将避雷针系统与风铁塔的风传感部分分开，即另设置独立避雷针来栏截分流雷电流保护风铁塔及其他设备的安全。难以做到分开的，也应考虑风铁塔上的避雷针与风传感部分保持更大的安全距离，且做好雷电流引下线与风数据传输线之间的电磁屏蔽。避雷针与风铁塔的接地引下线可直接与建筑物天面防雷装置焊接，天面无防雷装置的要单独引下线接地。4.2 雷电感应和雷电波侵入的防护

感应雷是通过与自动气象站设备连接的电源线、数据线的静电感应或电磁耦合产生的感应过电压（即瞬间高压脉冲），它直接沿这些线路侵入自动站设备，使设备遭到损坏。为了防止感应雷和雷电波侵入的危害，在必要线路通道入口处安装相应的电涌保护器。这些接地要与主楼柱筋焊接时，须选取不是作防直击雷引下线的柱子；要单独引线直接与地网焊接时，要与避雷针或风铁塔的接地引下线分开（间距宜大于15米）。4.2.1 供电系统的保护

用电供电系统基本是采用TN-S的，一般办公楼的配电房总电源处都已安装了一级SPD，这样，我们的设备电源在就近楼层电源开关作搭接，并采用二级SPD作保护：

第一级SPD：安装在搭接楼层的电源开关处，一般选用通过幅值电流20KA的SPD（8/20μs）。连接到设备的线路，有条件的最好采用铠装低压电缆。

第二级SPD：在采集器连接处安装一只幅值电流10KA（8/20μs）的防雷插座。

4.2.2 数据线路的防护

数据线路是指风向风速、雨量和温度等要素感应器传输数据到采集器的线缆（这些线缆放在天面应套管作保护）。数据线采用屏蔽线缆，应将其接地线作良好接地。为避免系统由于长的数据线缆所带来的电磁不兼容干扰，应将数据线缆与供电线缆分开敷设。（数据线仅屏蔽和接地是不够的，如果雷电击中在风杆上或者邻近雷击时，应该考虑加装合适的信号避雷器）5 共用接地系统

区域自动气象站设备的接地系统应采用联合共用接地，即将防雷接地网、设备保护地、设备工作地等联合共用为一个接地系统，联合共用接地网的接地电阻要求不宜大于4Ω。联合共用接地可明显降低地网之间的电位差，防止地电位抬升反击损坏设备。6 结语

本文认为区域自动气象站的防雷关键要对风铁塔作防直击雷保护，设备采取综合防雷措施，就是对自动站系统进行层层设防，综合治理，坚持用“接闪、屏蔽、等电位连接、分流、限压、接地”等措施进行综合防雷。应用了上述综合防雷方法，才能尽量减少不必要的损失，确保自动气象站设备安全运行。

参考文献

区域自动气象站设备的防雷设计 篇2

1 蓄电池漏液烧毁主板

CAWS600自动气象站的蓄电池位于主控板上方, 蓄电池工作半年以后从电极位置开始向外漏液, 泄漏的腐蚀性液体沿着蓄电池滴落到位于蓄电池下面的主控板上, 致使主控板烧毁。目前泰安市出现此类故障4起, 烧毁电路板4块, 造成直接经济损失2万元, 间接损失不可估量。

1.1 发生原因

一是蓄电池质量问题。该型蓄电池为铅酸蓄电池, 使用一段时间后容易漏液。二是控制箱工程设计上存在先天隐患。即蓄电池和主控板在一个平面上, 而且蓄电池位于主控板上方, 只要蓄电池出现漏液问题, 泄漏的液体因重力作用必然流到主控板上, 从而造成主控板烧毁。

1.2 解决办法

开始可采用“堵截法”, 在蓄电池下方粘贴一块塑料纸将泄漏液体截流, 防止腐蚀性液体滴落到主控板上。但时间过久, 塑料纸有可能被腐蚀, 仍存在漏液的危险。经仔细分析, 可采取将主控板和蓄电池“互换位置”法, 使主控板处于蓄电池上方, 这样蓄电池即使漏液, 液体也只会向下流到控制箱下沿, 不会向上腐蚀主控板。建议今后新出厂的自动站蓄电池和主控板的位置一定要合理配置, 并采用可靠性较高的镍氢或锂离子电池取代铅酸电池。

1.3 操作步骤

将承载蓄电池和主控板的镀锌背板拆卸, 旋转180°后重新固定, 再将蓄电池和主控板按原位固定即可[3]。这种办法不需要更换任何零部件, 只需将镀锌背板旋转180°, 使用螺丝刀就可以将问题彻底解决。

2 主控箱和零部件易盗

区域自动站多数布设在乡镇的学校、水利站等位置, 即使有人值守, 也不可能24 h看护, 特别在学校、公园等人员密集的地方, 自动站遭破坏的可能性较大。

2.1 发生原因

(1) 主控箱锁形同虚设。主控箱是自动站的核心部位, 其上的锁使用平口螺丝刀或者钥匙柄就可以很方便的拧开。泰安市某区域自动站布设于乡镇学校操场上, 夜晚无人看管, 主控箱被打开多次, 造成主控板部件烧毁, 使自动站不能正常工作。

(2) 螺丝防盗性不强。如温度探头防辐射罩的蝶形螺丝、雨量器外筒的固定螺栓等都是直接凸露于外面, 较易拆卸。

2.2 解决办法

可以在主控箱的前面板上加一个金属横担, 预留悬挂弹子锁或其他适合室外使用锁具的孔洞, 使用外挂锁加强安全防范, 这样不需要对主控箱作很大的改动, 即可增加安全系数。各种固定螺栓应使用不太容易拆卸的内六角或其他异型防盗螺栓, 这样不用特定工具就无法拆卸, 可以最大限度地保证零部件安全。

3 二要素站设计的安全性

3.1 发生原因

CAWS600二要素站的整体感设计很强, 一根支柱, 顶端固定雨量器, 下面固定主控箱和温度探头、太阳能板。这种设计虽然很美观, 但由于主控箱距地面高度仅30 cm左右, 在遭遇极端天气的情况下, 或者周围排水不畅, 主控箱很容易被水淹, 造成自动站损毁[4,5]。

3.2 解决办法

可以将雨量器和主控箱、太阳能板、温度探头分体设计, 雨量计落地, 主控箱、温度探头、太阳能板上升到支柱顶端, 这样虽然整体设计感降低, 但安全系数提高。

4 雨量器汇集漏斗堵塞

4.1 发生原因

自动气象站雨量器汇集漏斗堵塞故障发生较频繁, 从显示终端上看, 当其相邻站小时雨量约20 mm时, 堵塞站的小时雨量却小于1 mm, 而在长达几小时的降水过程中一直如此, 表明该站雨量器汇集漏斗已堵塞。主要是由尘土在汇集漏斗沉淀或昆虫飞进汇集漏斗所致。起因或是尘土降落到雨量器集水器, 受降水时冲刷作用沉淀至汇集漏斗内[6,7,8]。

4.2 解决办法

及时巡查, 发现雨量器汇集漏斗出现堵塞时, 应及时去除沉淀, 或从硬件上进行改进。

摘要：指出CAWS600区域自动气象站工程设计的安全隐患, 如蓄电池漏液烧毁主板、主控箱和零部件易盗、二要素站设计的安全性、雨量器汇集漏斗堵塞等, 分析其发生原因和解决办法, 以为气象站的有序运行提供参考。

关键词：CAWS600区域自动气象站,工程设计,安全隐患,解决办法

参考文献

[1]刘伟斌, 曹志伟, 李炳琛.浅谈CAWS600型自动气象站常见故障判断与维护[J].安徽农学通报, 2010, 16 (12) :166, 169.

[2]张志萍.CAWS600BS型自动气象站常见故障及解决方法[J].山东气象, 2008, 28 (2) :55.

[3]丁善文, 赵勇, 刘恒德, 等.CAWS600-R (T) 自动气象站设计弊端及改进方法[J].现代农业科技, 2009 (18) :249-250.

[4]赖俊滨.CAWS600自动气象站工作作业维护程序探讨[J].环境技术, 2009, 27 (4) :35-37.

[5]闫爱英, 王晓静, 杨启峰.CAWS600系列自动气象站的维护[J].现代农业科技, 2009 (2) :302, 304.

[6]晏敏, 徐明芳.CAWS600型自动气象站维护和常见故障判断[J].广西气象, 2005, 26 (1) :53-56.

[7]刘万章, 李兴.区域自动气象站常见故障处理与维护[J].安徽农学通报, 2010, 16 (15) :227-228, 249.

区域自动气象站设备的防雷设计 篇3

[关键词] 区域自动气象站 多发故障 建设和维护

引言

区域自动气象站的投入运行实现了地面气象探测精细化,大大提高了对中、小尺度天气的监测预报水平,和对暴雨、局地强对流类天气的监测能力,为提高天气预报精细化程度和气象服务能力供了依据。区域自动站系统的仪器高度集约,占地小,安装较方便,实现了无线传输,建设成本低。现行软件有较为强大的查询功能,实现了省市县三级监控,容易发现运行中遇到的数据异常。使用太阳能这一绿色新型能源,工作电压为直流低电压,操作维护安全方便。用笔记本电脑就可现场对仪器性能和通讯状况进行检测,方便快捷。

寒亭区地处山东半岛中部,是潍坊市四个行政区之一,辖寒亭经济开发区和2镇4街道,南北最长46.8公里,东西最宽42.3公里,总面积628平方公里。自2005年5月起开始共建设区域自动气象站九处(其中潍坊港、央子两站现处滨海经济开发区辖区),如 表1。

一、寒亭气象局所辖区域站故障情况的汇总分析

建设前期经过一定的调查研究,以上九站的分布总体较为合理,能较好的代表寒亭区不同地理环境、海拔高度和地理纬度的观测要素情况,并充分考虑到站址人员流动对设施保护的影响和四周建筑物、构筑物、植被情况对观测要素的影响。

自建设完成以来,寒亭气象局在执行维护管理制度,人员、交通工具和备件等多方面做了很多努力,区域自动站仍然故障频出,如表2 。

表2统计的仅是在数据监控中发现的故障,例行巡检中发现的故障或故障隐患现场处理的未统计在内。从汇总结果看,区域自动站故障率比较高,其中以雨量传感器和蓄电池最为脆弱,原因主要是:

区域自动站使用的RG13型雨量器,其承水器口直径22.5CM,大于传统20CM口径的雨量器传感器,而且灵敏度为0.2MM,承水漏斗的口径小于0.1MM灵敏度的雨量传感器,更容易发生堵塞。脉冲计数用干簧管本身为易损元件,经常发生断裂、接触不良等情况。雨量是汛期服务中最为关键的要素,在重要降水过程的监控中,以上九站极少出现雨量全部正常的情况。

两块6V12AH铅酸电池在太阳能电池板充分供电的条件下可连续发电工作10天左右,如果遇到连续阴天寡照的天气,可能会因多次过度放电加速电池性能下降,随着反复充放电和电池性能老化,连续工作日数逐渐降低。实际使用中,电池可靠寿命平均不足2年。

表1寒亭局所辖区域自动气象站信息

SIM卡故障多数是卡座接触不良,仅双杨店站换卡一次。央子、南孙站分别更换系统主板一次,其他主板故障经擦拭重插后排除。

在大风天气南孙站点测得风速一直异常偏大,怀疑仪器故障,先后两次更换传感器,后考察确定因站点处在村庄和高地间的狭窄风口造成。

央子、泊子出现连接线路故障,更换老化线路后,故障排除。气压传感器是最为可靠的部件,央子站出现一次无数据,因传感器与主板连接线松动。

整体来说,设备对观测环境的适应性较差,如央子和潍坊港两站地处沿海滩涂和海港,常年风速偏大,空气中的盐碱成分很高,也是仪器故障发生最多的站。盐碱对仪器的支撑和保护部分(支架、采集器箱)的腐蚀也很严重,已经到了需要整体更换的程度。离海岸距离越近故障发生率、整体锈蚀程度也越高。

表2 寒亭局所辖区域自动站故障汇总表(2006年6月—2009年9月)

二、基层台站在区域自动站建设和维护中面临的其他问题

除了仪器本身存在的故障多发问题外,在建设、维护和学习交流过程中还总结发现以

下的问题:

1.站点维护保障困难多,经费高

第一 区域自动站分布分散,多数距离基层台站较远,维护过程的交通费时费力。同事GPRS通讯方式的费用支出也不低。基层台站人员紧张,经费困难,交通工具又相对不足,承担了很大压力。

第二 基层台站维护、维修技术水平较低,维护保障能力薄弱,设备备件相对缺乏,造成站点的维护、维修周期较长。

第三 基层台站缺乏校验设备和技术力量,随着使用年限增加,区域自动站传感器面临超检的问题。而且区域站开始工作时间较为集中,仪器校验将面临很大的压力。

2.数据质量控制难度较大

自动气象站的数据质量控制贯穿于仪器性能、站点选择、设备安装、日常维护、故障排除、标校检定、业务管理、网络通讯、质量监控等过程的多个环节。每一个环节对数据的准确性都可能产生影响。目前,对于不合理数据的甄别和筛查主要限于中心站的人工分析和审核,一旦有错误信息应用于预报和公众服务可能造成不良后果。

夏秋季节降水的地理分布不均匀,同一天气过程在相邻站点的降水观测值差别也可能较大,对于判断是否属于数据异常和仪器故障尤其困难。

3.探测环境要求的和设备安全性的矛盾

为了防止设备盗失,自动气象站多选择有人员居住或办公的场所,而人员过于密集或流动较大的场所(如学校等)难以避免仪器被有意或无意的损毁。人员居住和办公地的建筑物、构筑物、树木等障碍物情况复杂,各站点下垫面状况不能统一,观测数据的代表性和比较性大打折扣。

4.现行管理考核制度操作性差

区域站建设初期,对观测环境要求不具体再加上时间紧、任务重,对站点的考察和论证不够,有一定的随意性。运行过程中故障频出,维护、维修战线长、周期长、时效性低,再加上技术力量和备件数量的限制,现行的《区域自动站考核管理办法》执行困难。今后,因各种原因难免遇到站点搬迁、撤并等问题,作为气象部门往往处于较被动的地位,具体执行办法尚无章可循。由于区划调整,某些区域站所在地所属区县可能发生变化,此后管理维护方面的责任和权利需更加明确。

三、建议和对策

第一换用性能更好、寿命更长的蓄电池(如镍氢电池等);生产适用于不同观测环境的支撑和保护器件(如适用于盐碱环境的玻璃钢器件、适用于低洼地的仪器支架等)。开发适应能力更强的自动雨量观测设备。

第二成立专门的区域站维护队伍,给基层台站人员编制和经费的支持,配备必要的设备备件和校验设备。2009年9月,广州市通过政府采购的形式,就区域自动站维护管理项目向社会公开招标,也不失为一种好的尝试。

第三开发数据控制和审核软件,将质量控制的任务明确到某一级业务部门。

第四细化和具体站址选择、建设、维护和维修方面的规范,在充分论证的基础上制定更加可行的管理办法。以地方法规的形式明确设备保护、站址搬迁、撤并等方面的责权问题。

结语

我国地面气象观测已经形成了稳定、健康、成熟的网络和完整的规范及技术标准,而无人值守的区域自动站系统全面铺开、形成网络是最近几年的事情。在今后的发展中,还将面临更多的问题,有待于我们在实践中发现解决,使区域自动气象站网络在天气预报、气候分析、服务社会等多方面发挥更大的作用。

参考文献

[1] 自动气象站实用手册.李黄等. 气象出版社 2007年10月.

[2] 关于区域自动气象站保障工作的调研报告 . 山东省气象局大探中心. 2008年2月.

[3]江西省区域气象站网系统浅析 . 胡新华.. 2008年3月.

作者简介:

区域自动气象站设备的防雷设计 篇4

四要素区域自动气象站工作原理及维护

介绍四要素区域自动气象站采集器的工作原理、设备的日常维护和维修方法,为进一步完善湖北区域气象观测网,保证四要素自动站顺利动行提供参考依据.

作 者：向忠芬 作者单位：湖北省宜昌市夷陵区气象局,湖北宜昌,443100刊 名：现代农业科技英文刊名：XIANDAI NONGYE KEJI年，卷(期)：“”(11)分类号：P415.12关键词：四要素 区域自动气象站 工作原理 日常维护

区域自动气象站设备的防雷设计 篇5

基于DZZ1-2自动气象站太阳辐射观测系统设计

介绍在具有常规风向、风速、气温、湿度、气压、雨量、草温、地温的`观测能力的DZZ1-2自动气象站CAN总线结构的基础上,设计扩展了太阳辐射观测内容,使该自动气象站具有更强大的观测能力;还设计了相应的软件接口,使辐射观测数据能够与地面测报软件对接.

作 者：李源鸿 林金田 黄飞龙 郑学文  作者单位：广东省大气探测技术中心,广东广州,510080 刊 名：广东气象 英文刊名：GUANGDONG METEOROLOGY 年，卷(期)： 31(4) 分类号：P41 关键词：大气探测   太阳辐射   地面测报   自动气象站  

自动化设备设计工程师简历 篇6

CNC工程部 夹具设计工程师,自动化设备设计工程师

主要职责：负责CNC夹具开发和自动化设计,具体职责如下:

管理：带领一支由5位工程师组成的自动夹具和设备的设计和开发团队;

每年主持二十个以上的新产品开发设计，新产品的CNC自动夹具的开发;

根据客户新产品图纸进行工艺分析,设计所需要的自动夹具;

跟进夹具制造,指导相关技工制造及装配.样板制作过程中新夹具使用情况;

跟进新设计的自动夹具的使用情况,进行改进。改良现有的CNC自动夹具;

提高工人操作效率,降低工人操作强度;

提高CNC机使用效率;

提高材料利用率;

以适用不同客户及不同产品更新换代及降低夹具成本;

开发和改良自动化设备;

减少加工工序提高产量及产品质量;

代替手动工序, 提高员工操作效率;

替换CNC机加工;

指导生产现场;

正确操作自动夹具;

制定新产品夹具的操作指导…………

工作业绩：

1.新产品的CNC自动夹具的开发

2.现有CNC自动夹具的改良;.

2.1 自动升料气动夹具;

2.2 液压多工位夹具;

2.3 气动旋转多工位夹具.;

2.4 四工位液压尾料夹具,提高材料利用率10%(Belton科技进步奖).;

2.5 通过CNC夹具设计改进提高CNC机员工操作效率200%以上(Belton科技进步奖).;

3.自动化设备的开发和改良;

3.1 CNC液压多工位自动转位设备;.

3.2 自动插针机.;

3.3 自动直线钻针机;.

3.4 表面定位设备;.

3.5 多工位翻转设备;.

3.6 十二工位特殊工序加工机;

3.7 通过技术革新提高插针机操作员工操作效率150%以上(Belton技术革新奖).;

4.现场指导;

4.1 约二十份自动夹具和设备的操作说明;.

4.2 约十余份自动夹具和设备的维修指引;.

5.管理;

5.1 每年完成二十个以上新样板开发设计.;

5.2 编制CNC自动夹具和设备设计手册;.

1995/11―/10 江苏**电机厂

所属行业：机械/设备/重工

工程部 技术员

主要职责：参与发电机组研发,负责发电机组的调试，

…………

职业技能

外 语： 英语：一般

计 算 机： 良好

证 书： /05六西格玛绿带。

自我评价

区域自动气象站天线的安装和选用 篇7

关键词：区域自动气象站,天线,安装,选用

随着气象服务的需求和气象事业的发展, 区域自动气象观测站 (以下简称“区域站”) 遍布乡镇和农村, 这是为了采集区域气象数据, 按照行政区域、地理经纬度设点建设的。区域站作为一个无线终端, 大多采用移动、联通的GPRS数据传输 (无人区北斗卫星传输除外) , 然而在人员活动稀少区域, 由于基站信号覆盖率不是很好, 经常出现不能通讯的情况, 或是在几个无线基站覆盖的区域边缘、几个弱信号等同、区域站高频区切换, 这样直接影响数据的传输率。为此, 本文就如何正确安装或因地制宜地安装适合的天线系统进行简要阐述, 这对气象观测数据的稳定传输有一定的现实意义。

1 区域站标配的天线分析及安装误区

图1是区域站常见的标配天线, 这种天线被称为吸盘全向天线, 也是垂直天线的一种, 只有一个1/2或1/4波长的振子。在安装时, 必须注意的是吸盘所吸附的金属物 (周边要大于1/4波长) 要保持垂直状态, 吸附的金属物要作为另一个振子存在。另一个要注意的问题是, 与金属物的水平距离要大于一个波长的距离 (比如900 MHz的天线, 3×108 m/s÷9×108 Hz≈0.33 m) , 这样信号才能不被屏蔽或影响。如果安装时将吸盘悬空或放在非金属物上, 那它只是一段导线而不是一个完整的天线, 收发单元和天线系统将严重不匹配, 也不能与网络系统稳定链接, 影响传输效率。下面是用天线仿真软件对其进行的分析, 由此可以看出其中的区别。

从图2中可以看出, 如果将天线吸附在金属上, 且直径大于1/4波长, SWR (驻波比) 是1.4, 天线的波瓣是均匀的, 那它就是一个理想的天线, 理论增益可达2.5 dbi。如果把悬空电波发射在一个没有主波瓣, 且驻波比为440的天线上, 那它是一个很不匹配、效率近似于零的天线, 具体情况如图3所示。所以说, 正确安装天线是很重要的。

2 对弱信号或几个基站信号等同的处理

为了采集特殊区域内的气象数据, 远离人口密集活动区域设点是经常会遇到的问题, 通讯运营商基站覆盖不好, 信号微弱或者在几个基站的边缘, 高频信号的折射、反射等原因, 都将直接影响气象数据的稳定传输。

2.1 选用高增益天线

如选用同轴共线天线阵, 也就是玻璃钢棒子天线, 如图4所示。

这是一种全向并联谐振天线阵, 在均匀、无损耗的传输线上, 所有辐射单元间距相等, 并且为某一频率的1/2波长, 所有辐射单元的阻抗都将并联在一起, 每个单元的电压和电流是相同的。由于结构上每1/2波长交替一次, 每个单元的相位也是相同的, 因此, 特定的等幅同相只在这个频率中成立, 此时, 在线阵的法向有最大的辐射。如果1/2波长段达到九节, 理论上增益可达11.65 dbi, 将大大提高弱信号的传输能力。这种天线还有富兰克林天线等。

2.2 选用定向天线

选用定向天线可以集中接收基站信号, 集中功率发射电波。当几个基站信号等同时, 弱化其他基站的信号, 锁定一个基站的信号会有独特的作用。

图5是根据软件计算900 MHz七单元八木宇田天线的设计图, 该天线的特点是方向性强。图6是八木天线辐射仿真图。从图6中可以看出, 它除了能最大锁定主方向基站信号外, 还能弱化其他基站信号, 而且随着单元数的增加, 主波瓣会变窄, 方向性会更强, 增益会更高。它的驻波比可以通过馈电发夹调整。这种天线市面上有很多, 重点是要选好频率, 安装时确定好方向。定向天线还有很多, 比如宽频对数周期天线、碟型天线等。

3 应急状态下的处理办法

基于数据传输的及时性和野外设备的特殊性, 当在野外维护设备发现是天线故障时, 从时效性上讲, 不允许再往返准备工具或换备用天线, 这时可以采取下列两种办法处理问题。

3.1 现场制作简易剥皮天线

计算出馈线1/4波长长度, 用刀切去外绝缘皮, 露出屏蔽网下翻, 做好防水工作, 用简单支撑物将其支撑到一定的高度即可。在此过程中要注意, 一定要距离大的金属物一个波长的距离, 具体如图7所示。

笔者曾现场实践过这种方式, 做好防水措施, 效果不错, 不失为一种好的应急处理方式。

3.2 使用J型天线

如果没有现成的商品备件, 可以自制如图8所示的J型天线。这种天线自带地网, 安装高度可调整, 理论上的增益可达3.5 dbi, 比区域站标配天线效果还要好。

由于无线传输所用的频率较高, 所以, 其所用的天线尺寸都比较小。笔者曾按照尺寸用铜皮剪出天线振子, 把它用防水胶带缠在塑料窗帘架上, 并固定在温度传感器横臂上, 解决了天线灵敏度问题, 保证了数据上传的稳定性。

4 结束语

正确安装、匹配合适的天线是区域站稳定传输气象观测资料的重要环节。区域自动气象站信息网络系统的建立, 使气象部门获得了一定时空密度的地面气象观测资料, 这对精细化预报有非常重要的作用。所以说, 维护好区域自动气象站的每一个环节是非常重要的。

参考文献

[1]任朗.天线理论基础[M].北京:人民邮电出版社, 1980.

营口区域气象自动站故障处理分析 篇8

摘 要 以营口市气象局的CAWS600六要素区域气象自动站为例，对气象自动站的系统和工作原理进行概述，进而针对出现的几个常见故障提出故障处理办法。

关键词 气象自动站；常见故障；故障处理

中图分类号：P415.12 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）01--02

气象自动站由硬件和系统软件组成，硬件包括传感器、采集器、通讯接口、系统电源和计算机等。系统软件分为采集软件和地面测报业务软件。为实现远程监控和网络组建的功能，还需配置远程监控软件，将自动气象站与中心服务站连接一体形成自动气象观测系统[1]。随气象要素值变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被由CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化的处理，实现从工程量到要素量的转换，再进行筛选数据，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。在配有计算机的自动气象站，能够实时把气象要素值显示在计算机屏幕上，并在计算机的硬盘上根据一定的格式进行存储[2]。根据业务需要来实现各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件。

1 气象自动站的系统概述和工作原理

自动气象站的核心控制部件单元是主采集器。主采集器具有强大的数据处理能力，可以满足各种复杂气象探测系统的数据处理要求。同时，在住采集器内部还增加了一个对常规气象要素进行数据探测的数据采集单元，可以完成对风速、风向、空气温度、降水、气压及能见度气象要素的探测和数据采集。

自动气象站结构分为4大部分：采集系统、传感器系统、通讯系统和供电系统。采集系统负责自动气象站所有数据的采集、储存和分析运算。传感器一同是根据不同的观测需要来配置不同的传感器，用以测量相应的气象要素。通讯系统用以将采集核心处理后的数据，传输到计算机。供电系统用以提供整个自动气象站系统运行的电力供应。

当气象自动站传感器系统开始工作时，空气中的气象要素就会被传感器所感应，传感器进而产生感应信号。自动站内部设有信号采集装置，能够对感应器感应的信号进行分析和处理，并通过通讯系统传送到气象站服务器。气象人员只需要在电脑屏幕上进行简单点击，就可以十分直观便捷地查看某一区域的气象要素，从而实现了无人值守、广泛的区域覆盖以及实时传输气象数据等目标。

2 气象自动站的常见故障及故障处理方法

2.1 采集器部分

故障现象：采集器的指示灯不亮或者亮灯异常。

故障原因分析：一是给采集器的供电不正常；二是对应的指示灯发光二极管有损坏。

处理方法：一是测量采集器的输入电压，正常的电压应在12 V左右，如果电压不正常则检查供电系统是否异常；二是如果供电正常，则检查指示灯的发光二极管是否损坏，有损坏可更换二极管；三是如果二极管也正常，则检查并更换采集器。

故障现象：采集器不工作或者工作异常。

故障原因分析：一是采集器死机卡死；二是传感器有故障对采集器产生干扰。

处理方法：一是如果信号指示灯闪烁间隔不正确，有可能是采集程序有誤，这时采集数据也不正确，就需要重新启动采集器（关掉采集器电源开关，等待几秒再打开）；二是如采集器重启后仍然不正常，那么有可能是传感器产生故障从而干扰采集器，此时可以先拔下采集器上除了供电端口的所有其他传感器插头（务必先在断电得情况下），再重新启动采集器，看采集器工作状态指示灯是否正常；三是如仍不正常则可能是采集器故障或程序紊乱，可刷新采集器程序或更换采集器。如恢复正常，再依次插上传感器插头（务必先在断电得情况下），逐个判断是哪一个传感器引起的故障。

故障现象：采集器与计算机之间无法通讯。

处理方法：一是首先判断计算机串口、采集器机箱串口以及软件是否正常；二是检查外部通讯线是否连接正常；三是更换数字板上的N21集成电路；四是如仍然不正常则更换数字板 。

故障现象：采集器时钟不走。

处理方法：一是清空采集器；二是更换数字板上N14、N18芯片，如果恢复正常则是原芯片损坏；三是如果仍然不正常则更换数字板

2.2 供电部分故障及处理

故障现象：自动站下线，最后数据显示电压低。

故障分析：一是电池电压低；二是太阳能板有遮挡；三是太阳能在给电池供电但供不上或者充电保护器坏了。

处理方法：一是检查电池电压是否在12 V左右，充电保护器上太阳能电压是否在23 V左右；二是如果太阳能电压显示正常则检查太阳能板是否被遮挡；三是太阳能电压异常则更换电池或充电保护器

故障现象：无直流输出或直流输出电压过低。

处理方法：一是检查保险管是否有损坏，如果损坏则更换保险管（2 A）；二是检查交流输入是否正常，若如果不正常则检查空气开关和变压器是否正常；三是检查蓄电池电压是否正常，电池电压应在12 V左右，若电池电压低于11 V，则应更换蓄电池；四是若上面几项检查正常，则更换电源板或电源控制器。

2.3 传感器部分故障及处理

故障现象：某一项或几项传感器显示值异常。

处理方法：一是跳过防雷板将两端接线直接连接，如果故障消失则可确认是防雷板故障；二是如确认故障在防雷板上，则检查其各个通道分别有无对地短路或两端开路，及相邻通道间有无短路；三是如确认某个通道有问题，则将此通道连接的线缆移至空余通道，或者更换防雷板。

故障现象：下雨时无雨量值

处理方法：一是首先检查雨量筒是否堵塞，导致无雨量读数，清理即可；二是检查干簧管是否损坏，将万用表打到通断挡，将万用表的红、黑表笔分别接干簧管的2个触角，手动翻动雨量传感器的计数翻斗，每翻动计数翻斗一次应听到万用表发出一声“嘀”的连通叫声，则证明干簧管完好，否则更换干簧管；三是取下防雷板12、13端口的雨量线，取下从防雷板接入采集器C2端口的雨量信号线，用万用表直流电压档测量采集器C2端口的对地电压是否+5 V，若异常则为采集器C2通道故障，更换至C3通道后按上述方法进行处理；四是如上一项正常，则接上防雷板至采集器C2端口的雨量信号线，测量防雷板12端口的对地电压是否+5 V，如不正常则判断为防雷板雨量通道损坏，若正常，则继续；五是检查雨量传感器与防雷板间的信号线是否完好，将雨量传感器上的两芯线取下，测量两芯线是否有5 V直流电压，如果没有，则说明信号线损坏，修复信号线；六是如果信号线完好，则检查采集器C2与接地之间的1 μ滤波电容（型号105）是否损坏，如果损坏则将该电容去掉，该电容主要起到抗干扰的作用，去掉不会影响雨量计数。

故障现象：湿度示值超差和缺测。

处理方法：一是湿度传感器信号线接在防雷板5号端口，取下5号线，注意该插头不要与其他插头短路，用万用表电压20 V直流档测量5号线的对地电压应为0～1 V，对应的湿度为0%～100%；二是用万用表电压20 V直流档测量防雷板6、7口之间电压应为12 V直流左右。若第1项测量中，指标超出范围，则应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量，注意观察接头是否有接触不良的现象。如果测量结果不能满足第1项测量中的要求，则应更换湿度传感器。若以上各项均正常，则可按采集器故障处理流程判断湿度接入的采集器CH2的2+通道是否正常。

故障现象：风向示值超差或缺测。

处理方法：一是确保风速传感器电缆无破损；二是用万用表电阻20 V直流电压档量取防雷板15、16端子之间的电压值是不是在12 V左右，逐级量值至横臂接线盒处；三是用万用表电阻20 V直流电压档量取防雷板16、17端子之间的电压值是否在0～2.5 V（对应风向0～360°），逐级量值至横臂接线盒处；四是若上一项异常，可先考虑更换风向传感器，如果故障依旧，则更换采集器。

故障現象：风速示值超差或缺测。

处理方法：一是确保风速传感器电缆无破损；二是用万用表电阻20 V直流电压档量取防雷板15、16端子之间的电压值是否在12 V左右，逐级量值至横臂接线盒处；三是用万用表电阻20 V直流电压档量取防雷板14、16端子之间的电压值是否在6 V左右，逐级量值至横臂接线盒处；四是若上述第3项出现异常，可考虑更换风速传感器。如果故障依旧，则考虑更换采集器。

故障现象：雨量超差。

处理方法：一是检查防雷板上雨量接线12、13是否接触紧固；二是量杯量取10 mL水缓慢注入雨量筒承水器，查看雨量范围是否在2%左右，若是则可判断雨量传感器无故障，超差雨量值可能是电气干扰造成的野值或者其他误差；三是若显示的雨量值与人工倒入的水量不一致，直接用手翻动雨量筒计数翻斗，用万用表电阻导通档直接量取输出信号导通次数与翻动次数是否一致，若不一致则更换干簧管。

参考文献

[1]中国华云技术开发公司.CAWS600型自动气象站观测系统使用说明书[Z].北京：中国华云技术开发公司，2011.

[2]沈肖柏.自动气象站的日常维护[J].现代农业科技，2010（3）.