张仕清 黄高平

摘 要：本文结合安徽省气象台站DSG5型降水现象仪观测实际，阐述自动降水现象仪设备结构与原理，例举降水现象仪运行过程中的常见故障，给出针对性解决方法及日常维护措施，旨在为气象台站设备维护提供技术参考。

关键词：DSG5降水现象仪；工作原理；故障分析；日常维护

降水现象观测是气象台站天气现象观测的主要内容之一。传统的降水天气现象观测采用人工观测方式，工作强度大，降水起止时间很难把控，随意性强，易出现漏记，难以客观、全面、真实的反映天气现象变化。随着自动气象站的普及，安徽省气象局于2016年底在全省所有气象台站安装了DSG5型自动降水现象仪。DSG5型降水现象仪是一种采用现代激光技术的光学测量系统，它可以测量实现对包括毛毛雨、雨、雪、雨夹雪、冰雹等天气现象的全天候自动观测与识别，改变了以往降水现象人工观测的主观性，增强了降水观测资料及时性和准确性，降低了观测人员工作强度。由于DSG5 型降水现象仪尚处在与人工观测平行观测阶段，设备运行难免暴露出一些问题，因此，有必要分析其在使用过程中出现的常见故障，找出解决方法及日常维护措施，以满足气象观测业务自动化发展的需求，提高降水天气现象自动观测准确率。

1 DSG5型降水现象仪工作原理

DSG5型降水现象仪主要由传感器、数据采集单元、供电控制单元、附件等部分组成。它通过激光散射原理检测采样区的降水粒子直径和下落末速度，使激光衰减获取雨滴谱信息，输出降水现象类型。激光束里没有降水粒子降落穿过采样光束时，接收器输出固定连续最大电压值。当降水粒子穿过水平采样光束时，以其相应的直径遮挡部分光束，因而降低了输出电压，形成波谷，从而可以确定降水粒子的直径大小。[1]降水粒子的下降速度是根据电子信号持续的时间推导出来的，电子信号的持续时间为降水粒子开始进入光束到完全离开光束所经历的时间。[2]由上述两个关键量通过数据采集单元，可以推导出以下参数：降水滴谱、降水类型等。

2 DSG5型降水现象仪常见故障处理

DSG5型降水现象的常见故障主要表现为数据缺测和降水类型错误等。根据出现故障的具体现象进行分析排查，可以找出发生故障的原因，采取相应的处理措施进行维护维修。

2.1 数据缺测及排查

2.1.1可能原因

参数设置错误；供电故障，电源控制器或蓄电池损坏；通讯故障，线缆接线插头松动接触不良，通讯线路短路、短路；设备故障。[3]

2.1.2排查步骤

（1）参数检查：确认业务软件参数设置是否正确。首先检查ISOS软件通讯参数中的通讯端口和波特率等参数的设置是否正确，其次在确认SMOPORT串口信息是否ISOS软件通讯参数设置是否一致，重点检查串口的工作方式是否为485通讯方式。

（2）供电模块：先检查市电接入是否正常，再检查电源控制器的输出电压是否正常。用万用表测量供电电源的电压，正常电压值一般稳定在14V。如果供电电压低于11V，而单独的电源控制器输出电压稳定在13.0-15.0V之间，则判断为蓄电池故障，蓄电池的使用寿命一般2-3年左右。

（3）通讯线路故障：检查所有电缆连接及所有电缆接头是否有都已正确连接并插牢。检查连接设备，检查连接通讯线路是否存在短路、断路现象。

（4）设备故障：此类故障现象表现降水现象仪连接状态不通，数据缺测。

2.1.3处理方法

首先查看降水现象仪接入综合集成硬件控制器设备Port口R、T数据收发状态指示是否正常，若当每分钟数据收发时灯不亮，接入其它Port口试试；倘若还是不亮，可用笔记本电脑，启用串口助手工具，将其通过485转232模块与DSG5型降水现象仪直接连接，发送命令（如AUTOCHECK），查看串口助手能否收到相关数据，如传感器无响应，需联系厂家更换；如传感器正常输出，则说明是后端通讯故障，排查线路及综合集成硬件控制器的软硬件参数设置是否正常；光电转换模块是否正常等。找出故障点，更换相应设备。

2.2 降水类型错误及排查

2.2.1可能原因

造成降水类型错误的原因主要有三种，一是传感器周围环境因素影响，二是设备本身的算法和阈值设定不妥，三是仪器本身的局限性所造成。

2.2.2排查步驟

（1）环境因素：降水现象仪暴露在观测场中，传感器及遮挡罩易被蛛丝、树枝及鸟粪污染，造成光路被干扰。蛛丝随风飘动，造成电信号的变化，导致晴天出现长时间短间隙毛毛雨现象；遮雨罩污染，溅水加大，造成雨水重叠，采集的数据受到干扰，造成降水类型的差异。

（2）降水类型判别方法：降水现象仪根据降水粒子直径和速度反演出的降水天气现象类型，人工观测根据地面气象观测规范的定义的外形特征、下降情况、降至云层及天气条件来判断。由于小雨滴谱对光强的散射较弱，以及在算法、阈值的选取等原因，降水现象仪难以捕捉到定义中的天气现象毛毛雨，而且无法识别随风舞动的小雨造成漏报（风影响降落速度），造成降水起止时间不一致；降水时段内毛毛雨（人工观测为雨）与雨频繁反复交替出现，天气现象记录杂乱，这与人工观测存在较大的差异。

（3）仪器局限性：采样区域局限性，雨滴粒子过大，雨滴重叠，下降速度快，也会出现错报或误报，如降水强度大时误报的冰雹等。漏报则可能是激光器故障，应查看发射和吸收是否处于同一条直线，检查前要断开移动设备电源，防止激光模块破损。采样区域局限性也会漏报。

2.2.3处理方法

对于环境因素的影响，要及时清除洁净传感器周围的异物，避免采集数据异常。对于设备本身的算法和阈值设定缺陷，需要改进算法，重新设定阈值，提高精度来完成。对于仪器本身的局限性，需要值班人员根据当时的天气状况，进行人工更正。

3 日常维护

降水现象仪一般安装在观测场西北角，传感器设备暴露空气中，空气污染等不良的工作环境，可能对降水现象仪正常工作造成干扰，从而导致传感器的工作能力下降，影响到数据的采集质量，使降水现象发生偏差。因此，做好设备的日常维护尤为重要。具体维护工作应从以下几个方面进行：

（1）应掌握降水现象仪的工作原理、接入方式、工作方式、供电方式及相关技术指标等。

（2）DSG5降水现象仪定义了传感器状态（正常、污染、严重污染），值班人员要掌握其所表示的含义，产生的原因及应对策略。因此，在守班期间，每个正点前15分钟查看质控及报警信息，出现状态“污染”时，就应该对采样区域进行清洁。

（3）每日不少于两次巡视仪器。在每日的8时正点观测前和更换日照纸时，查看降水现象仪的传感器视窗和光路区域是否有蜘蛛网、鸟粪、灰尘、枝叶等影响数据采集的异物，如有应及时清理。预防蜘蛛最为有效的方法是在基座、支架管内喷洒杀虫剂，喷洒时用一块干净的软布堵住镜头，以免造成镜头污染。

（4）每月检查供电设施，一般2-3月给对蓄电池进行充放电一次。蓄电池单独供电时，应打开ISOS软件中天气现象要素每日逐分钟状态表，注意观察蓄电池电压变化，避免过度放电造成数据缺测。当电压值低于12伏，应立即停止放电，为给蓄电池重新接入市电留有余地。

（5）每年3月应对防雷设施、设备接地状况进行一次全面检查，复测接地电阻值，使其符合气象设施防雷技术要求。

（6）每3个月清洁激光收发的视窗和防溅护罩。根据仪器工作的周围环境和天气状况，可缩短、延长清洁镜头的时间周期。清理传感器视窗时，用一块柔软不起毛的棉布或脱籽棉沾无水乙醇擦试传感器两头视窗的激光保护镜片，从视窗中间向两边轻轻擦拭，以免造成镜片划伤。防溅护罩清洁，用刷子和日常家用清洁剂在自来水下对防溅护罩的两面进行清洗，清洗时注意力度，避免造成防溅护罩弯曲，损坏设备。

（7）定期对降水传感器进行校准，首次使用1个半月后应现场校准一次，之后每年现场校准一次，每次维修仪器之后都应做校准检查，防止仪器长期工作发生性能漂移从而影响测量的准确性现象发生。

（8）维护传感器过程中，请勿直接用眼睛直视激光器，可能存在眼睛受伤的危险，尽量避免用手电筒等人工光源信照射仪器收发端。

4 结语

随着气象现代化的发展和气象自动监测能力的不断提升，气象观测自动化是气象观测发展的必然趋势。降水现象仪的普及，加速了气象台站气象观测无人值守的进程，有效地改善基层台站人手不足的现状。DSG5型降水现象仪作为气象站的自动观测仪器，虽在运行过程中性能较为稳定，降水现象捕获能力强及识别准确率高，但作为电子设备，难免在运行过程中不出现故障。因此，要保证观测数据的客观性、连续性和准确性，应加强设备的日常维护，一旦设备出现故障，力争做到能够快速准确的判断出原因并及时解决问题，从而保证气象观测数据的真实可靠。

参考文献：

[1]李炳昆，张鹏，乔延艳，等.DSG5降水现象仪安装技术[J].农业灾害研究，2017，7（1）：24-25，35.

[2]杜波，马舒庆，梁明珠，等.雨滴谱降水现象仪对比观测试验技术应用分析[J].气象科技，2017，45（6）：995-1000.

[3]张仕清，黄高平.自動气象站DNQ2型能见度仪故障分析及维护[J].科技与创新，2017，（21）：24-26.

作者简介：张仕清（1967-），男，工程师，主要从事气象探测和应用气象服务研究工作。