气象观测是气象业务、科研和服务的基础，综合气象观测业务体系相对来讲具有非常明显的复杂性和系统性，特别是在仪器发生故障后，能迅速排查故障显得非常重要，因此提高观测质量的重点是保证仪器运行稳定。本文通过深入研究观测设备的工作原理，分析研究故障类型，总结出一套高效全面的维护维修经验报告。
1 传感器工作原理及故障分析与处理
1.1 气压
工作原理：气压传感器的设计基于压力敏感元件，它能够感知周围环境的气压变化。当气压改变时，这个敏感元件会产生一个相应的输出信号。信号处理单元接收并处理这些电信号，可以直接用于显示或进一步的数据处理，从而准确反映出测量点的气压值。
气压传感器检验：选取 500、600、700、800、900、1 000、1 100 hPa 均进行两次循环实验，传感器稳定性应满足相邻两个检定周期之间在同一检定点上示值误差变化量的绝对值不大于 0.3 hPa。
常见故障：①电压异常，测量主采集器气压供电电压是否为 12v；②通信故障，使用万用表测量气压信号端子的电压，若测到电压，则考虑防雷板、采集器和传感器故障。
日常维护：气压传感器应安装机箱内部离地 120 cm 处，需正放安装，定期检查；传感器引压口不得有灰尘、水汽、杂物等。
1.2 气温
工作原理：气温测量系统采用多传感器架构，由 3 支相同型号的铂电阻温度传感器和一个专用的气温多传感器标准控制器构成。这 3 支温度传感器负责收集环境温度数据，而控制器则通过其内置的融合算法和监控算法对这些数据进行处理，以确保输出的数据标准化和一致性。
铂电阻温度传感器测温原理：铂材料的电阻随温度变化而变化，这种变化可以直接用作温度测量的输出信号。铂电阻阻值范围为 80 ～ 120 Ω，精度：0.05℃。当铂电阻的阻值为 100 Ω 时，对应的温度是 0；随着温度每升高 1℃，电阻值会线性增加到 0.385 Ω。这种线性的关系使得铂电阻成为高精度温度测量的理想选择。
常见故障：①线路故障，当温度传感器的 4 根线中有短路和断路时，温度异常或缺测，排除方法利用线路内断路检测来进行线缆测试和故障排查；②气温传感器故障，当线缆正常时，可使用万用表测量温度计同端电阻和异端电阻 r1和 r2，通过 [r1-r2]-100/0.385=T 计算出当前温度，通过计算值和实际对比可判断传感器故障，应更换传感器；③融合控制器故障，可通过观察面板上的状态指示灯，sys红色为状态，can-r 接收 can-t 发送，闪烁为正常，故障为常亮，可通过重启和更换来恢复故障。融合控制器中有一路气温异常时，可确定模拟开关故障；当气温有输出但数值误差大，则标准电阻故障；所有气温缺失，考虑 a d 模块故障。
日常维护：定期用干布、毛刷清洁传感器，检查线缆连接处是否松动，保持百叶箱干净。
1.3 湿度
工作原理：湿度传感器的介电常数会随着湿度的变化而变化，传感器的转换电路将湿敏电容变化值转换成电压值，对应的湿度变化便转换成电压的变化，输出 0 ～ 1 V 的线性变化对应湿度 0 ～ 100%。 常见故障：①环境引起的数值异常，可能是传感器外观受损导致；②电压故障，用万用表测量信号端和供电电压，若正常，应测量线缆是否断路，并做好更换准备；③信号端电压异常不稳定，则传感器故障，更换传感器，注意避开正点。
日常维护：定期用干布、毛刷清洁传感器，检查线缆连接处是否松动，保持百叶箱干净。
1.4 风向
工作原理：风向传感器由光电组件、码盘和方向表组成，当风向标转动时轴下的格雷码盘一起转动，同时光电组件也会被转动后会输出相应的 6 位格雷码，故得出风向。
常见故障：①方位偏差原因主要是风向在安装时指北针没有正确安装；②方位不全主要表现在格雷码盘故障，但该故障需业务人员认真对比观测资料才能做出判断；③风向方位错乱和异常突变，原因是接线盒风向线路虚接、主采航插到线盒线路错接；④风向数值不变，若风向标不转卡滞，则需润滑轴承；若风向标正常转动，则检查供电和信号线是否断路和短路；⑤固定风向下返回信号异常，则传感器故障需更换传感器。
日常维护：注重防雷、传感器暴露的线易被腐蚀需定期观察，注意风向标轴承的转动情况及时做好保养。
1.5 雨量
工作原理：雨量传感器的设计基于机械—电子转换机制。降水通过顶部的汇集漏斗会被引导到计量翻斗。每当这个计量翻斗收集到 0.1 mm 的降水时，它就会自动倾倒翻转，计数翻斗每次翻转都会触发一次内置的干簧管，该干簧管感应到翻斗上的磁钢并产生一个脉冲信号。这个脉冲信号通过电缆传输给数据采集器，代表了 0.1 mm 的降水量。
常见故障：①仪器堵塞也是雨量筒最常见的故障，在疏通时应先将线缆断路；②翻斗卡死不灵活时应排查仪器是否变形和异物缠绕；③干簧管失灵也是常见故障，用万用表蜂鸣挡测其通断，也可用电阻挡判断干簧管故障，电阻为 0，干簧管失效，电阻较大，簧片接触不良；④计数翻斗磁钢失效也会表现无降水，若干簧管正常将翻斗放平磁钢吸附干簧管，则需更换磁钢；⑤电缆故障，两线短接后用万用表测其通断并准备新线缆；⑥传感器误差也是在雨量核查中常遇到的现象，根据实际雨量和输出雨量来调整容量螺丝，雨量偏小向里转，偏大往外转，2% 为 1/3 圈。
日常维护：雨量传感器通常在雨季发生漏斗堵塞，发现雨量异常应及时对传感器进行清洁维护。若实际降水量与实测值之间差异较大，需及时进行排查，对雨量传感器维修维护，以确保雨量观测的准确性。
1.6 能见度
工作原理：能见度传感器的工作基于光散射和消光的物理原理。大气中的颗粒物和水汽会散射和吸收光线，导致光辐射减弱，这种现象称为消光。传感器通过测量特定角度下的光散射量来估算总消光系数。由于光散射量与总消光系数之间存在近似的线性关系，因此可以通过测量某一特定角度的光散射强度，来推算出大气的消光系数，进而得出大气能见度。
常见故障：①传感器供电异常会导致能见度数据异常，应用万用表检查电源模块输入 dc 12 V 和输出 dc 24 V 是否正常，若有异常则需更换电源模块；②传感器加热部分故障也会引起数据异常，需检查 ac 220 V 输入电压和输出 ac 24 V，若有异常需更换环形电源；③线缆断路、短路和接触不良都会使数据异常，可利用接线间两两短接和万用表蜂鸣档排查线路故障并修复线缆；④传感器内部接头接触不良导致的数据异常可通过观察主板指示灯是否正常来判断；⑤传感器故障需排除前面故障之后保证在供电下用电脑直连绿黄灰线读取数据，正常情况下每分钟返回一组数据，否则传感器故障需更换传感器；⑥若传感器正常需更换主采集器；⑦特别注意能见度传感器同时受接地线、屏蔽线和自动站供电的影响，当故障采集器和传感器都正常时需着重排查接地、屏蔽和自动站电压。
日常维护：做好日常维护、巡视工作，能及时发现并清理可能影响能见度数据的异物，定期清理能见度传感器的透镜，擦拭镜头时切忌长时间直视发射器，以免损伤眼睛。
1.7 降水现象仪
工作原理：降水现象仪采用激光衰减技术来检测和分析降水粒子。其核心组件是雨滴谱传感器，该传感器通过发射激光束并监测光束穿过大气时的衰减情况，这种衰减的程度与粒子的大小和形状相关。传感器记录这些变化，并利用内置算法分析数据，从而构建出详细的雨滴谱信息。基于这些信息，仪器能够识别不同类型的降水现象，例如小雨、大雨、阵雨或雪等。
常见故障：①串口服务器故障的表现一般会出现其他挂接设备的异常，应重启串口服务器或者更换 com 口再恢复；②参数问题一般不会出现故障，但需要时检查通信参数；③当采集器死机和网络故障之后，传感器的时间可能会没有更新，也会造成数据异常，应在 isos 或传感器调试口来同步时间；④检查供电箱内交流输入电压是否为 220 V，开关电源直流输出电压、蓄电池、采集器、光电转换模块电压是否高于 12 V 则更换电缆等；⑤在检查供电和状态之后检查通信线缆，通过调试线能读到数据，则需检查光电转换模块或光纤、RS232 通信线缆故障、降水现象仪机箱至综合硬件控制箱光纤通信线缆连接是否可靠、收发端是否交叉连接；⑥传感器直连之后未读到数据或数据异常则需更换传感器。
日常维护：做好日常维护、巡视工作，能及时发现并清理可能影响能见度数据的异物，定期清理能见度传感器的透镜。
1.8 日照
工作原理：通过集成的光电感应技术，实现对太阳辐射的精确测量和日照时间的有效记录。该传感器包含三个主要的光电感应单元，分别用于连续监测总辐射、散射辐射，总辐射和散射辐射之间的差值就是直接辐射，当直接辐照度≥ 120 W/m 时，系统判定此时存在有效的日照，并记录日照时间。
常见故障：①供电故障，传感器的工作电压不得低于9v 并检查交流电是否急需电磁充电；②线路接触不良也会影响传感器的数据；③当玻璃罩有污染时，数据也会异常偏小，需及时清理污垢并在 isos 上做相应的维护处理；④时钟偏差也会引起观测数据的异常，需在 isos 上及时同步经纬度。
日常维护：每天日出日落检查玻璃罩的清洁情况及时清理污垢，定期检查指示卡，若变成粉色则需更换干燥剂。
2 提高数据传输质量
提高数据传输及时率对自动站观测质量的提升尤为重要。目前，自动气象站数据传输主要采用有线传输和无线传输两种方式，其中国家站采用有线传输和北斗应急传输两种方式，区域自动站采用无线传输方式。
有线传输是通过光纤、局域网将数据上传至中心站，由串口服务器、光纤通信控制器、isos 软件、交换机等组成。其中任何一个环节出现问题，如光纤中断、串口服务器故障、局域网络中断、isos 软件故障都会造成数据传输中断和延时等现象从而影响数据传输的及时性。无线传输：数据信号通过无线通信网络传输至中心站，受无线信号、通信模块等影响，会造成数据传输中断和延时等现象从而影响数据传输的及时性。
提高数据传输质量的基础在于自动站的高标准建设，选址时应考虑交通和维护维修是否方便。站址环境要符合要求，光照条件和通信信号都要好，防雷必须符合要求。布线应合理、整齐，所有线路都走桥架，强电和弱电要分开，管路做好防鼠处理。另外自动站设备的运行监控和维护维修工作对传输质量也至关重要，及时找到故障并解决故障。台站中北斗应急通信也尤为重要，当发现数据是由于内网故障时，可通过修改北斗发送时间来将数据发出，进而提高观测质量。
3 结束语
综合气象观测业务对业务工作者的综合业务能力要求越来越高，需要掌握各类观测仪器设备的安装运行以及日常维护，能及时、有效地处理气象站故障和观测数据异常。为了提高观测质量，业务员应加强学习理论知识和实践操作，在工作中善于总结，不断提高基础业务水平和维修保障能力，为气象高质量发展保驾护航。
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发表于 2025-7-17 08:54:38