崔 倩，贾世杰，傅 超，王国坤

沧州市气象局，河北沧州 061001

目前，DSG4型降水现象仪已经正式在沧州市气象部门运营，其工作情况较为平稳。由于仪器使用时间相对较少，在DSG4型降水现象仪的运行维护工作中，也普遍存在人员对该型仪器系统的基本构造缺乏认识，甚至没有故障排查与修复的能力。因此，本研究针对DSG4型降水现象仪原理、检修注意事项、降水现象仪故障处理、修复后的测试与检定，并对检修问题实际举例，以期为台站人员提供技术支持和参考。

1 DSG4型降水现象仪原理及检修注意事项

1.1 原理分析

DSG4降水现象仪是由传感器、数据采集模块、电源模组等部分构成。传感器采用了现代激光技术的电子光学传感遥测技术，可以直接测量降雨颗粒的大小和速率，并由此推出雨量、降水的类型等信息。而采集器则是由华创维想有限公司独立研制，是通过采集板上的微控制器对传感器的原始数据进行数据选择和处理，接入串口服务器后传送至全国陆地监控信息系统。其中，采集系统、感应器及其与串口服务器的通信设备之间均采用了串口隔离器，从而实现了信号防雷分离。供电机箱的主要功能是将220 V的市电转化为24 V直流，然后通过电源控制器为双蓄电池供电、充电，再利用双蓄电池分别为感应器和采集器供电，以达到电源隔离的目的，从而最大限度地降低雷击对元器件的伤害[1]。

1.2 注意事项

（1）故障排查时，电压测量（电源电压、交流电平）设备可以带电检查，但当电网通断检测时，仍需要切断电气设备，尤其考虑电池提供时也要求切断。在消除短路故障前，切勿对已更换配件进行检查，以免因重复事故而导致更新配件烧毁。

（2）降水现象仪数据信息和手动气象站同时要通过串口服务器（综合硬件控制器）传送至台站的服务电脑。通常自动站都能正常显示串口服务器是否处于正常运行状态，但也不排斥串口服务器的降水现象仪的PORT接口出现问题。在数据通信测试中，要注意串口服务器能否顺利运行。

（3）用热风枪拆卸采集板上的晶片时，为了温度不会超过时速350℃，可以在晶片接口处涂上一点助接剂来迅速地融锡，这样方便拆卸下晶片[2]。在部分改芯时，应注意电芯上正确的管脚摆放部位与方式，并保证与原芯相同。

2 DSG4型降水现象仪故障处理

在台站的观测工作中，降水现象仪在ISOS系统中缺乏降水情况数据，可以从以下3个层面讨论DSG4型降水现象仪故障处理：一是降水现象仪的系统自身功能存在问题；二是降水现象仪在系统内部集中的控制器和通信等方面都出现了问题；三是综合集成硬件控制器的故障。由于综合集成硬件控制器是一种完全自主的装置，有专门的故障诊断和解决，因此本研究从上述第一、第二这2个方面详尽阐述DSG4型降水现象仪的故障诊断与解决。

2.1 供电系统故障

电源系统的部分，检测点上通常有城市供电220 V交流输入、24 V直流输出供给感应器、24 V直流输出供给测量模块。由两组直流输出变压模块所组成，按额定的重量进入、出口分别为110～240 V交流、24 V直流输出；但由于感应器还配有加热模块，因此与实际的额定电流值可能存在一定偏差。而供电系统故障一般表现为整体机子供电系统异常、供水电压过低、传感器供电系统状态不良，一般是因为供电电源接线不正确、电源模块破坏、电源输出功率不够。

在检查供电系统的问题中，必须检查从电源单元供电到仪器整体流程中的用电环节的连接，并通过仪表检查负载能否正常工作，如供电系统的交流电进入端压力、直流输出端压力、空载时的供电出口压力、采集板上电源压力等，并在确定电源损坏情况后，立即更换电源设备。而为了延长动力电池的寿命，还要检测电源电压、线缆等设备是否出现破损状况，以及对蓄电池进行充放电等操作。如果开关电源适配器的交流输出有异常，则查看电源装置中有无断路器跳闸，防直击雷器中有无照明装置损坏[3]。但一旦开关的电源适配器输出电流小于24 V，就应切断与电瓶间的连接以确定直流变压器是非故障。但在这种状态下，在直流变压器失效时仅靠充电线路和设备供电系统还可以在24 h内保持正常运行状态，这就导致电气设备维修部门并未有所察觉，从而在充电容量不够时，电气设备装置的某些电气元器件间歇性而永久地停止运行，并造成电气设备装置异常。因为该装置的总功率远不足72 W，但如果装置检测存在一个副边系统的损坏现象后，则应将2台24 V直流电源分别送到另一装置的直流变压模块的端进行事故处理，并替换备件。

2.2 采集系统故障

参照所采用的光伏发电器件手册料，通过实验电路描绘出收集板中电源模块部分的主要功能原理图设计组成，以及有关电力元器件的主要型号和参数值（图1）。电源芯片单元部分的基本原理，是先利用由开关在电源机箱内提供的24 V直流电压，然后再经由晶片LT3695-5和外围高压电极片所形成的开关电路转换，产生+5 V的电压，最后经由LDO器件产生+3.3 V的电压（为MCU用电）。而测试完这个电路后，必须检测24、5和3.3 V这3类的电压值。在发生故障时可能是因为单片机LT3695-5的LDO损坏，必须及时替换；另外还应检查外围电容器，尤其是肖特基二极管D1、电解线路C有无被击穿。在进行替换收集板的单元数据前，必须要替换图1中标明的电容器参数，否则电流有可能会出现变化。一般替换电容器应尽可能选用耐压值高的产品，确保线路平稳工作。

图1 采集板供电单元原理示意图

2.3 传感器故障

2.3.1 传感器无数据假设电源箱、数字采集系统正常，且使用SMO业务程序串口测试客户端所选定的降水现象仪端口，并且用户进入“TIME”可回到当前时刻，用户进入“UB”则无降雨情况分钟数字的输入输出，用户进入“READDATA”则没有回复的降水现象仪的设备状态或消息。一旦发生这种情况，则必须确保感应器能够正常工作。USB转串口与感应器之间连接时，在串口调试助手中的CS/C/R＜CR〉中检查串口的通讯速度设置是否为9 600 bit/s，若没有则必须将其设置为9 600 bit/s；在通常状况下，感应器中每分钟都可以产生一串32个或16进制单元的数据帧[4]。用手掌遮住感应器的检测范围，而手指则向发射端（贴有英文图标）的方位产生一根不可逾越的红线，说明了在一般情况下激光传感器工作正常，因此基本可以确定感应器正确无误，且内部信号处理的回路也基本没有损坏。

2.3.2 传感器数据异常DSG4降水现象仪的观测数值和现场状况出入较大，包括无雨时预报降水、大雨预报冰雹等。镜头污染后导致其读数的失常。因此，仪表维护人员每隔一段时间就应检查降水现象仪的感应器周围是否有遮挡物、感应器的发送端和接收端周围是否有蜘蛛网或纸屑等物体遮蔽。此外，由于气候和场地等方面的影响，空气污染还可能会损伤激光的防护镜，从而导致感应器的正常运作能力下降。

根据OTT电报给出的最新数据信息（感应器状况）为感应器和激光等光学设备的正常工作运行情况奠定了信息基础，可以直接在仪器状况信息栏内查询，其中的代码及其具体的状态信息如下：0表示仪器全部运行情况是否正常工作；1表示激光保护镜遭到了破坏，但仍可进行常规检测；2表示激光保护镜没有遭到破坏，但部分功能被屏蔽，因此无法继续进行检测。但需要特别注意是，当传感器镜头不正确后，也可以是保护镜头被损坏并且出现标识2，这类故障一般出现在台站搬迁后。传感器在工作过程中发生了事故，造成镜头对焦出现错误，一般可以将感应器平置于平面上稍加按摩，调整探头位置于同一水平面进行还原。

2.4 无线模块故障

无线模块收发数据故障有以下5种可能：（1）多数情况都是由于手机卡欠费造成的，可以先打电话给无线模块内的电话卡，确认一下是否为欠费情况。（2）检查无线电模块的外部天线是否损坏。（3）揭开机箱，查看无线电模块上的红色指示灯是否为常亮的状态，如红色指示灯常亮说明供电状况良好；否则无线电模块将永远不能使用。（4）无线模块中蓝色指示灯常亮，则说明它已连接网络[5]。而如果显示器一直不启动，则说明它未连接网络。（5）关闭无线模块10 s，然后再重新配置无线设备。若配置的问题仍不解决问题，则可换上最新的无线模块。

2.5 设备连接状态不佳

在监测工作情况时，一旦遇到降水现象仪的状态不通，则必须查看仪器通信参数的设定状态，检查是否存在仪器不能工作的现象；若仪器正常，必须查看光电转换模块是否能够正常工作，最重点要查看仪器IP地址有无被抢占，若仪器没有出现该现象，则必须查看仪器内核版本的更新状态，若为非更新则必须升级仪器；若为最新版本，则必须检查设备线缆的正常连通状态，如有异常应替换线缆；要是仪器的状态不通是由于仪器阻塞而造成的，则应再次启用仪器；要是采集功能失效，则必须替换仪器。对于气候干燥少雨的地区，应定期检查对降水现象仪传感器的灵敏度要求，最具体的检查办法是拿随仪器自带的小工具在2个探测器中间左右摇晃几下，然后看采集器是否显示为降水天气现象。

3 修复后的测试与检定

降水现象仪经过维修后，对感应器采用最简易数据测量的方式，即用建设随仪器装置时，包装桶里自带的小仪器在2个探测器中间左右摇晃几下，再查看SMO业务软件气候表现要素的逐分钟数据结果，如果有气候表现产品直接输出。高速摇晃出“冰雹”气候表现，慢速晃动出“雨”气候表现，毛毛雨可以使用喷洒剂加以探测[6]。但由于感应器里具有温度检测与校正，气温在0℃之上时无法出现降雪，所以难以探测。

4 检修实际举例

例1：故障情况为降水现象仪通信顺利，但无数据信息。启动电源机箱，发现箱体漏水，经检测电力控制器的2只变压器系统装置均已损坏，装置仍仅靠电池提供，因采集板功率远低于感应器，故感应器先暂停工作。经调换变压器系统装置后，装置重新复位。

例2：故障现象主要由于降水现象仪通信不良。后经通讯电平检查，串口的PORT接口中在R、G与T、G之间出现了2个-5 V左右的电流，满足了RS232通讯电平规定。在通讯线另一边的主采录板的接口上R、G与T、G却只是1个-5 V电流。在断电后进行了通断测试，测到黑色地丝断路，然后使用同芯中多余的紫丝和黑条纹连接，通信恢复正常。

例3：故障问题由于SMO的主界面天气现象的观测时间每天更改，但实际观测时间一直显示为0。打开业务管理软件，对调试终端使用“UB”的命令却提示有数据错误。后发现，雷击新替换的主采集板并没有替换固件，但新版SMO应用软件虽对该信息不解释但可接收，在使用自动更新的主采集板固件后，将观测数据复原。

5 结束语

气象观测逐渐转向全自动气象观测，仪器故障排除和处理方法成为台站工作人员和技能掌握的新课题。DSG4型降水现象仪与自动气象站相连，可以使观测结果客观、观测数据连续，有利于提高降水观测的准确性和效率，减少观测人员的工作量，进一步提高观测质量和效率。因此，台站业务人员应熟悉仪器性能，做好日常维护，掌握简单的维修方法，故障出现第一时间采取适当的处理方法，以降低设备故障率，确保设备长期、稳定运行。