本文针对风向风速仪容易出现的故障情况,结合风要素的概念,根据排除故障的经验加以分析,为观测员能迅速地排除故障或及时更换风向风速仪,保证资料的准确性、连续性和比较性。

　　风要素由2个参数确定,即风速(风矢量的模数)和风向(风矢量的幅度)。风向是指风的来向,符号用16个方位表示,自动观测时以正北为标准,按顺时针旋转的角度表示,以度为单位,取整数。风速是空气质点单位时间里经过的水平距离,以m/s为单位,取1位小数。

　　1 风向风速仪的工作原理及可能出现的故障

　　风向风速仪为单板式风向标,当风标随风转动时,通过主轴带动7位格雷码光电码盘旋转。按照码盘切槽的设计,360b/27=2.815b,码盘每转动2.815b,上下光电管组件就会产生新的7位并行的格雷码输出,每组格雷码代表1个方位角,共128个编码。通过格雷码方位的换算,就可以得到当时风向的角度了。同时,每一个角度通过对光信号的遮蔽和打开,再经过光电转换输出/00和/10的电信号,风向风速仪转过1圈后,风向风速仪7位编码输出信号的每一位均会出现/00和/10的电平。自动气象站采集软件在1d的时间里记录每位/00和/10的电平,如果发现其中某1位(或几位)总是00或总是10时,则可初步判断风向观测有故障。自动气象站每天日界(即北京时20:00)都会对风向风速仪自检诊断,诊断码复位正常为1111111-0000000。

　　在实践中,当20:00后风向状态无法完全复位(例:1101111)0100000)时,可进行如下检查:根据天气系统可判断风向是否相对稳定,若是风向稳定,人工把风向风速仪转动一周,应该能复位(正常为1111111-0000000);用测试盒检查采集器的风传感器端口,扳动风向开关,风向瞬时值是0和239为正常,否则,检查风雨板UB1及相关元件;检查风向风速仪到采集器间的12芯电缆所有接口是否松脱和电缆是否有损伤渗水;测量风向风速仪信号电平,确认7位风向信号有无异常。用20V万用表测量采集器端风电缆插座的3~9脚分别对2脚的电压,万用表读数的高电平>3V,低电平接近0V。

　　排查以上情况仍不能复位,如判断电缆系统和数据采集器是正常的,就应更换风向风速仪了。更换风向风速仪时应把/0b0标志对准正北方,固定后进入采集器测试菜单检查东、南、西、北(0b、90b、180b、270b)4个方位,再从正北/0b0顺时针方向开始缓慢转动风向标,看风向示值是不是按照度的间隔增加,中间不能有跳变或某段出现反向变化等情况,检查每一位是否都出现/00和/10。

　　2 风速传感器的工作原理及故障原因

　　目前使用的风速传感器由2个厂家生产,自动气象站使用天津厂的,区域站则使用天津厂和长春厂的。天津厂生产的传感器风速测量是利用1个低惯性的3杯式部件作为感应部份,其感应部件随风旋转并带动风速码盘,由光电管进行扫描,输出相应的电脉冲信号,其脉冲频率随风速增大而增加,经计数器处理后,输出实际的风速。长春厂生产的风速传感器的感应部件也是3杯式组件,信号变换电路为霍尔集成电路。在水平风力驱动下,风杯组件旋转,通过主轴带动磁捧盘旋转,其上面的小磁体形成若干个旋转运动的磁场,通过霍尔磁敏元件感应出脉冲信号,其频率随风速的增大而线性增大。

　　计算公式:v=0.1f,式中,v为风速,单位为m/s;f为脉冲频率,单位为Hz。

　　风速传感器的故障:一种是风杯转动时采集器没有示值,可能故障原因有:多为雷击损坏或没有5V电源;风速感应器与采集器7芯电缆接口出现松脱和电缆有损伤渗水;风雨板UB1、D1、或UA6、UA7损坏。另一种是偶尔被外力击碎其中一个风杯或风杯被打穿孔,造成起动风速明显提高,与实际风速不符。第三种是由于潮湿环境酸腐蚀,使轴承生锈转动不灵活,风速大时有风速,风速小的时候没有风速,可拧下风速感应器的盖形螺母(注意反时针为紧,顺时针为松),取下风杯组件,再取下橡胶垫圈,用小扳手或尖咀钳拧下螺母,取出保护罩,在轴承上加上几滴仪表油,慢慢转动1周以改变现状。

　　3 特别说明

　　由于风向风速感应器下面的轴承拆卸复杂,需要专业人员完成,否则容易增加人为故障,所以此部分不能自行拆卸维护。