气象设备维护规程.docx
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气象设备维护规程
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气象设备维护规程
第十六章气象设备维护规程
气象机务岗位职责
（1）负责气象设施设备及附属设备的管理。
（2）负责气象设备的日常维护和定期维护工作。
（3）负责气象设备的正常运行，确保飞行安全。
（4）负责气象设备的维修工作，并能对突发事件做出相应的处理。
（5）负责气象设备的检定与校准。
（6）负责气象设备备件的管理和相关资料的管理。
（7）认真填写设备维护记录和设备检修记录，建立和完善技术档案。
（8）负责清洁气象设备及环境卫生。
自动气象站维护规程
16.2.1适用范围
本规程适用于由江苏省无线电科学研究所有限公司生产的SAWS-1B型自动气象站的运行和维护。
16.2.2SAWS-1B型自动气象站
SAWS-1B型自动气象站（以下简称自动站）是对地面气象数据进行实时采集、计算处理、数据传输的自动天气观测系统，适用于民航机场。
16.2.3基本结构与工作原理
16.2.3.1基本结构
自动站由传感器、数据采集器、后备电源、通信机和计算机等组成。
自动站基本结构示意图
传感器包括风向、风速、雨量、温度、湿度、气压传感器，需要时也可增加能见度等其它传感器。
在室外型自动站中，数据采集器、后备电源、通信机是装在一只机箱内的。
自动站的软件组成由数据采集软件、数据处理和业务应用软件三大部分，数据采集软件是在采集器内部运行的软件，数据处理软件和业务应用软件则安装在计算机中。
16.2.3.2基本工作原理
传感器将对应气象要素的变化转换成电量的相应变化。
这种变化由单片机控制的数据采集器所采集，进行线性化和定标处理，实现工程量到要素量的转换。
并对数据进行质量控制。
经过预处理后得出各个气象要素的实时值，然后由通信机传输到计算机进行业务处理和应用。
自动站工作流程框图
16.2.3.3硬件构成及工作原理
SAWS型自动站结构框图
以下介绍各部件的基本结构和工作原理
（1）传感器
传感器将对应气象要素的变化转换成电量的相应变化。
a）温湿度传感器
温湿度传感器为芬兰VAISALA公司制造的HMP45D湿度与温度探测器。
HMP45D温湿度传感器接线示意图
技术规格：
工作温度范围-50℃~+60℃
贮存温度范围-40℃~+80℃
供电7~35VDC
功耗＜4mA
输出负载＞10KΩ
重量350g
电缆长度3.5m
●温度传感器
其感温元件是Pt100铂电阻，铂电阻传感器是根据铂电阻的电阻值随温度变化的原理来测定温度的，铂电阻丝烧制在细小的石英棒或磁板上，外面有金属保护管。
铂电阻在0℃时的电阻R0为100欧，以0℃作为基点温度，在温度t时的电阻阻值Rt为
Rt=R0（1+at+bt2）
式中，a、b为系数。
经标定，可以求出其值。
技术规格（HMP45D）：
输出：
标准4线制测温铂电阻
测量范围：
-50℃~+60℃
灵敏度：
欧/℃
准确度：
优于+0.008℃（0℃时）
元件类型：
Pt100
●湿度传感器
其感湿元件是高分子湿敏电容。
高分子湿敏电容的电容CH随高分子膜的吸、放湿而变化，CH是RC振荡电路中的重要参数。
测出RC振荡电路的频率即可计算出CH值，从而计算出大气相对湿度值。
进行温度补偿和其他计算处理后，相对湿度值将更为精确。
技术规格：
测量范围：
0~100%RH
输出范围：
0~100%RH等于0~1VDC
分辨率：
±1%RH
准确度：
3%（T＞0℃）±5%（T≤0℃）
稳定性：
＜1%RH/年
b）测风传感器
测风传感器为机械部长春气象仪器研究所生产的EC9-1型高动态性能测风传感器。
EC9-1型高动态性能测风传感器由风向传感器、风速传感器、和传感器支架组成。
●风向传感器
风向传感器的感应元件为前端装有辅助标板的单板式风向标。
风向的信号发生装置由格雷码盘、发光管、光敏管等组成。
风标通过转轴带动格雷码盘转动，码盘是以各圆形金属薄片，上面有七个不同等分的同心圆，同心圆由内到外分别作2、4、8、16、32、64、128等分，每个相邻等分不是透光就是不透光，对应每个同心圆的上下面有一组发光管和光敏管，共7组。
风标转动时，由于同心圆的透光或不透光，7个光敏管上接收到或接收不到光，7根信号线上或是“1”或是“0”，这就完成了风向到格雷码的转换。
七位格雷码与角度对照见《EC9-1型高动态性能测风传感器使用说明书》附表。
每组格雷码有7位，代表仪个风向，由于外圈是128等分，故风向分辨力为360°/128≈°。
技术性能参数：
起动风速：
≤0.5m/s
测量范围：
0~360°
精确度：
±3°
分辨率：
°
距离常数：
≤1.5m
阻尼比：
≥
输出信号形式:
七位格雷码（或电位器）
工作电压：
DC5V（DC12V可选）
工作电流：
70mA
加热器功率：
10W
抗风强度：
＞80m/s
最大高度：
352mm
最大回转半径：
440mm
重量：
0.92kg
环境温度：
-40~+55℃
环境湿度：
100%RH
●风速传感器
风速传感器的感应元件为三杆式风杯组件，信号变换电路为霍尔集成电路，在水平风力的驱动下风杯组旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的数十只小磁体形成若干个旋转的磁场，在霍尔磁敏元件中感应出脉冲信号，其频率随风速的增大而线性增加，测出频率就可计算出风速。
计算公式为：
V=0.1F
V：
风速单位：
m/s
F：
脉冲频率单位：
Hz
技术性能参数：
起动风速：
≤0.5m/s
测量范围：
0~75m/s（出厂检定到60m/s）
精确度：
±（+）m/s
分辨率：
0.1m/s
距离常数：
≤1.5m
输出信号形式:
脉冲（频率）
工作电压：
DC5V（DC12V可选）
工作电流：
平均约5mA
加热器功率：
10W
抗风强度：
＞80m/s
最大高度：
270mm
最大回转半径：
113mm
重量：
0.69kg
环境温度：
-40~+55℃
环境湿度：
100%RH
c）双翻斗雨量传感器
双翻斗雨量传感器是由上海气象仪器厂生产的SL3-1型遥测雨量传感器。
雨量传感器由承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等构成，其工作过程是雨水由承水口汇集，进入上翻斗，上翻斗的作用是使降水强度近似大降水强度，然后进入计量翻斗计量，计量翻斗翻转一次为0.1毫米降水量。
为了计量正确，上有上翻斗作为过渡，以保证无论大雨、小雨，计量翻斗受到相同的冲击力。
随之雨水由计量翻斗倒入计数翻斗，在计数翻斗的中部装有计数用的磁钢，磁钢上面装有干簧管开关，计量翻斗翻转一次，计数翻斗也翻转一次，并使干簧管开关通断一次，输出一个脉冲，输出的脉冲信号由红黑接线柱引出。
由于磁钢不安装在计量翻斗上，就不会给计量翻斗带来附加力，使计量翻斗计量正确。
技术规格：
承水口径:
200mm
测量降水强度：
4mm/min以内
测量最小分度：
0.1mm降水量
最大允许误差：
±0.4mm（≤10mm）
±4%（＞10mm）
d）气压传感器
气压传感器是由芬兰VAISALA公司制造的PTB220型数字式气压表。
PTB220是完全补偿的数字气压表，具有较宽的工作温度和气压测量范围，感应元件采用VISALA研制的硅电容压力传感器BAROCAP，BAROCAP具有很好的滞后性和重复性及温度特性、长期稳定性。
PTB220的工作原理是基于一个先进的RC震荡电路和三个参考电容，电容压力传感器和电容温度传感器连续测量，微处理器进行压力线性补偿和温度补偿获得精确的气压值。
在全量程范围内有7个温度点，每个温度点由6各全量程压力调整点。
所有调整参数均存储在EEPROPN内，用户无法改变出厂设置。
PTB220有三种输出方式：
软件可设的RS232串行输出；TTL电平输出；模拟（电压、电流）输出、脉冲输出。
目前本机场自动气象站气压传感器与采集器之间通过RS232串口连接，管脚定义为：
2脚接收数据、3脚发送数据、5脚为地、7脚为电源负、9脚为电源正。
PTB220有两种低功耗工作方式：
软件可控的睡眠模式、外部激励触发模式。
技术规格：
测量范围550~1060hPa
分辨率
准确度±
响应时间B级1s
供电电压10~30VDC，反接保护
电流＜30mA
（停测时）
输出RS232C
工作温度-40~+60℃
存储温度-60~+60℃
湿度不凝结
（2）数据采集器部分
数据采集器是由江苏省无线电科学研究所有限公司生产的SAWS型数据采集系统。
数据采集系统是在中央处理器CPU的控制下，完成气象要素数据的连续采集和预处理，包括线性化、定标、计算成要素量，还有数据存贮、通信等功能，室内型自动气象站还有数据显示功能。
其电路按功能可分为：
a）接口与保护电路
接口和保护电路将各路传感器的信号传输到数据采集器，并提防感应雷击保护，还可以消除长传输电缆易带来干扰等不良影响。
b）数据采集电路
数据采集电路包括测量变送电路、A/D转换电路、计数电路和数字信号输入电路等，在CPU实时控制下，根据各个气象要素的不同采样间隔，完成对气象数据的连续采集，并把所得数据交给数据处理电路（CPU）进行运算处理。
c）数据处理电路（CPU）
数据处理电路是以中央处理器CPU为核心的一组电路，CPU是自动站的心脏部分，外部扩展了程序存贮器ROM，数据存贮器RAM，可编程定时计数器，可编程通讯接口以及键盘与数码管显示电路等。
自动站的实时数据采集控制、采集数据的计算处理、计算参数的修正、数据质量控制、数据的存贮、数据的显示、与外部的数据通信以及系统的自检、故障诊断等均由它来完成。
d）数据存贮电路
用于程序和数据的存贮。
由于采集器由后备电源，在市电停电时它继续正常工作并把正点数据存贮下来，正点数据的存贮可使自动站在停电或通信故障的情况下保留正点气象数据，待恢复正常后，继续传输到微机。
e）通信接口电路
提供数据采集器与通信机的连接通道。
f）电源电路
数据采集器部分的电源来自后备电源部分，有交直流两种电源。
市电正常供电情况下，使用市电，无市电时使用蓄电池的直流电。
市电经变压、整流后得到的直流电或蓄电池供应的直流电经直流/直流变换电路变换，输出+5V、±12V三组电源给采集器和传感器使用。
（3）后备电源部分
市电正常时，隔离变压器起安全隔离和抗干扰作用，并向蓄电池充电，市电不正常时，容量为38Ah/12V的蓄电池可保证数据采集器在停电情况下工作三天。
a）避雷器与抗干扰电路
专用避雷器件和抗干扰器件。
b）隔离变压器
安全隔离和抗干扰用。
c）蓄电池
蓄电池容量为38Ah/12V，可保证数据采集器在停电情况下工作三天。
d）充电电路
平时使蓄电池处于浮充状态。
（4）通信机
室外型自动站的数据采集器与数据处理计算机通信采用标准RS485、CAN或专线Modem等方式实现。
本机场采用的为WUSH-RC通讯模块。
（5）数据处理计算机
自动站采集、计算、处理后得到的数据通过通信机和通信信道传输到值班室内的微机上，进行处理后，送给业务应用软件进行再处理。
16.2.3.4软件组成及其功能
自动站的软件有数据采集器软件、数据处理软件和业务应用软件三大部分。
数据采集器软件是在采集器内部运行的软件，和采集器硬件一起完成对气象要素的自动测量。
业务应用软件则安装在值班室内的微机中，完成多种方式的显示、编报、发报等业务应用。
数据处理软件同时安装在微机中，对采集器送来的数据进行再处理，并按规定的格式送给业务应用软件，是数据采集软件和业务应用软件之间的桥梁。
（1）数据采集软件
自动站是一个具有多个数据通道的连续测量系统，它需对多个气象要素传感器进行控制、数据采集和数据计算处理，它们的计算方法、采集和计算的时间间隔各不相同，而且计算用的有关参数应分别可以随时修改。
另外，它还需要和外部通信，执行各种通讯命令。
这些操作均需并行执行、互不干扰、互相协调。
这就是说自动站的运行程序应具有多种复杂的控制、管理和处理功能，以满足实时采集各种数据的要求。
为此，设计编制了一个实时多任务操作系统来完成各种复杂的控制、管理和处理工作。
这样，采集器软件的核心就是实时多任务操作系统。
采集器软件写入采集器主板的程序存储器中，对台站操作人员而言，是不可见的，只要采集器电源接通，采集器软件即能自动运行。
（2）数据处理软件
数据处理软件接受数据采集器送来的观测数据，并按一定格式整理后送给业务应用软件。
（3）业务应用软件
业务应用软件即民航气象测报软件，其功能是图形化显示采集到的气象数据，并编发正点报或特选报等符合民航地面气象规范的报文。
16.2.3.5数据采集技术
（1）采样顺序
风向、风速、雨量、温度、湿度、气压。
（2）采样次数及平均值计算方法
可列成下表：
表一气象要素平均值计算方法表
要素
采样速率间隔
平均值的单位时间
平均方式
风向
1s
3s、2m、10m
以1s的样本值，计算3s、1m、2m的滑动平均值。
以1m的滑动平均值为样本值，计算10m的滑动平均值。
风速
1s
3s、2m、10m
以1s的样本值，计算3s、1m、2m的滑动平均值。
以1m的滑动平均值为样本值，计算10m的滑动平均值。
温度
10s
1m
剔除最大、最小值，余者等权算术平均。
湿度
10s
1m
剔除最大、最小值，余者等权算术平均。
气压
10s
1m
剔除最大、最小值，余者等权算术平均。
雨量
10s
1m
剔除最大、最小值，余者等权算术平均。
在风向、风速中：
3s滑动平均值：
阵风风向风速，每3s更新一次。
2m滑动平均值：
发报用值，每1m更新一次。
10m滑动平均值：
报表用值，每1m更新一次。
（3）计算公式
见相关规范。
（4）极值挑选
a）风向风速
极大风速（即阵风）及其相应的风向和出现时间：
从滑动过程中的3s平均值中去挑选。
最大风速及其相应的风向和出现时间：
从滑动过程中的10m平均值中去挑选。
b）气温
其极值及其出现时间，从1m中的算术平均值中去挑选。
（5）雨量的采样
雨量每1m取一个样本值，显示数值每1m更新一次，将每1m样本值进行累计，可得h雨量（每小时雨量）、d雨量（每日雨量），24小时清零。
16.2.4主要性能
16.2.4.1功能介绍
自动站的功能是对自动站属性的定性描述，其定量描述即为性能指标。
（1）观测
对温度、风向、风速、雨量、湿度和气压等气象要素进行连续、自动的观测。
这个观测包括将敏感元件因气象要素的变化而产生的变化转换成电量、对该电量进行线性化和定标处理、按物理原理公式进行计算和对计算用的有关参数进行必要的修正、将计算结果转换成气象要素值并对其进行质量控制等。
（2）微机显示
在微机屏幕上，通过菜单命令可显示全部实时气象数据，包括当时的气象要素值和极值已及极值出现的时间。
其中极值是指一小时内的极值，雨量指一小时内的累计雨量（正点至当前时分）。
（3）存贮
a）数据采集器存贮
若按每小时一条记录计，数据采集器存贮7天的正点气象观测资料。
若定时观测的时间间隔缩短，则存储的天数减少。
在市电停电后有恢复供电等情况下，微机可收集到停电期间的定时气象观测资料。
b）微机存贮
定时观测的气象资料经中心站微机收集后会自动生成记录文件保存在微机中供查询。
微机上可以显示的实时气象资料仅供实时观察，是不保存的。
（4）查询
可在微机上查询定时气象数据。
16.2.4.2主要测量性能
自动站对气象要素的测量性能可用以下表格表示。
主要测量性能指标
气象要素
测量范围
分辨率
准确度
气温
-50~+50℃
0.1℃
±0.2℃
风向
0~360°
3°
±5°
风速
0~60m/s
0.1m/s
±（+）m/s
雨量
雨强0~4mm/m
0.1mm
≤10mm时：
±0.4mm；
＞10mm时：
±4%
湿度
0~100%RH
1%RH
±8%RH（≥80%时）
±4%RH（＜80%时）
气压
550~1060hpa
±
表中性能指标用“准确度”表示。
应说明的是：
准确度是一个定性概念，我们无法准确定量的确定准确度的值。
但历史上曾作为定量概念使用，故这里仍沿用了。
在此，只要把它理解为最大允许误差范围就可以了。
16.2.4.3环境条件
环境条件指自动站所经受的外界物理、化学和生物的条件。
（1）环境温度
-40℃~50℃
（2）环境湿度
0~100%
（3）防护等级
IP65。
（4）雷击实验
选择的实验波形为50us，峰值为10kV。
（5）机械环境
安装在地面或相当于安装在地面，故据此选择振动、冲击、运输的严酷程度和相应的环境实验方法。
（6）化学环境
采用了一定的抗腐蚀的工艺措施。
（7）生物环境
考虑了霉菌、昆虫和啮齿动物的危害。
不仅在制造，还需在安装、使用维护过程中分别予以解决。
（8）电源和干扰
电源适应能力为：
电源频率，50Hz±5%；电源电源，220V±10%。
在电磁兼容性方面，通过国家标准《电子测量仪器电磁兼容性试验规范电源瞬态敏感度试验》和《电子测量仪器电磁兼容性试验规范传导敏感度试验》的相关试验。
16.2.4.4其它技术指标
（1）安全性能
符合GB/T对
类安全仪器的规定。
（2）可靠性能
按行业标准规定：
平均无故障工作时间为MTBF（θ1）应不小于2500小时。
（3）可维修性
积木式结构，各组成单元间又有互换性，一般宜用更换部件的办法维修。
部件内部的故障可送制造厂修理。
（4）工作状态
a）工作方式
连续不间断。
市电停电72h内，采集器和传感器使用后备电源中的蓄电池的电正常工作。
b）采集器时钟精度
月累计：
≤±30s.
c）功耗
采集器和传感器的功耗：
＜5W
d）遥测距离
传感器和自动站采集器的距离可达150m。
（5）数据质量
粗大误差：
≤2%。
缺测率≤2%。
16.2.5安装与使用
16.2.5.1气象探测环境
为保证民用航空气象探测设施准确获得气象探测信息，民用航空气象探测设施必须符合《中华人民共和国气象法》和《民用航空气象探测环境管理办法》规定的气象探测环境要求。
（1）气象观测场的观测环境
●气象观测平台应当视野开阔，能目视主要起降跑道全貌和视野内的地平线。
●气象观测场的面积应当为25x25平方米，或者16x16平方米。
●气象观测场应当避开航空器发动机尾部气流和其它非自然气流影响，不得安置在大面积水泥地面附近，以减少辐射的影响。
●气象观测场标高应当与跑道的标高相近。
●气象观测场土壤性质应当与附近地区的土壤性质一致。
气象观测场四周应当视野开阔、地势平坦、保证气流畅通，并符合下列要求：
●气象观测场围栏与四周孤立障碍物的距离不小于该障碍物高度的3倍或者障碍物遮挡仰角不大于°。
●气象观测场围栏与四周成排障碍物的距离不小于该障碍物高度的10倍或者障碍物遮挡仰角不大于°。
●气象观测场围栏离湖泊、河、海等较大水体至少100米，观测场围栏四周10米范围内不能种植高度在1米以上的作物或者树木。
（2）自动气象站的探测环境
温度、气压、湿度、风向风速和天气现象传感器以及大气透射仪或者前散射仪，用于航空器着陆接地地带的，安装在跑道一侧距跑道中心线90米至120米之间，并且距跑道入口端向内300米的适当位置；用于跑道停止端的，安装在跑道一侧距跑道停止端的，安装在跑道一侧距跑道中心线90米至120米之间，并且距跑道停止端向内300米的适当位置。
16.2.5.2自动站的安装
见《SAWS型自动气象站用户手册》的第三章“安装与使用”。
16.2.6常规维护
应安排定期检查维护，并警惕危害性天气，如雷电、大风、扬沙、冰雹、高温、严寒、长期浓雾等给仪器设备带来的损害。
16.2.6.1供电系统的维护
因自动气象站的供电是由下滑台供电系统提供，故以下滑供电系统维护为准。
16.2.6.2采集器的维护
采集器安装在防水机箱内，日常维护工作主要是注意是否有自然或人为的损坏。
如遇灾害性天气，应及时检查采集器，随时了解运行状态，以便维护。
16.2.6.3传感器的维护
（1）风传感器的维护
●要保证传感器与水平面垂直。
●保持风杯和风标板不变形。
●经常观察风杯和风向标转动是否灵活、平稳，若有怀疑，可在1级风时再观察，若确实不灵活或不平稳，应更换传感器，对换下的风传感器作清洗处理，清洗后仍不灵活的应联系厂家维修或作报废处理。
●每年定期维护一次风传感器，检查、校准风向标指北方位。
●每两年对风向、风速传感器进行一次现场检查、校准。
（2）雨量传感器的维护
雨量传感器是问题最多、最需要维护保养的传感器。
仪器每月至少定期检查一次。
●安装时，应调节水平螺钉，将仪器调整到水平位置，水泡在中心圆圈内，再逐步拧紧螺栓上螺帽，并反复调整水平泡，但不能用力太大，以防底盘脚断裂。
●注意保护仪器，防止碰撞，特别是器口不能变形，保持器身稳定，器口水平。
每年可用游标卡尺和水平尺检测，无人驻守的雨量站，应对仪器采取特殊的安全防护措施。
●仪器使用过程中，需根据情况定期清淤（泥沙、尘土、树叶、昆虫尸体等其它异物和杂物），检查和疏通水道，可将承水器下清洗拆卸螺帽拧松，将网罩取下清洗，再擦拭承水器环扣及内表面，保证出水畅通，但清洗时不能用手直接擦拭。
●翻斗部件的盛水斗室如有泥沙，应用清水清洗干净，手指切勿触摸上翻斗和计量翻斗斗室内壁，以防油污，影响翻斗的计量精度。
●翻斗部件翻转过程如有阻滞感，应用清水清洗翻斗轴两端轴颈和宝石轴承的孔。
如清洗不见效，可能是轴承使用日久，宝石轴承磨损或碎裂所致，可用大头针沿轴承内孔表面触划，如还有阻滞感，即是宝石磨损，应更新轴承部件，如是翻斗轴损坏，则应更换翻斗轴。
宝石轴承切勿加油，以免吸尘，因尘土（含有氧化铝、碳化矽成份）硬度很高，磨削力很强，犹如研磨剂，可使轴承付工作表面磨损，摩擦力矩增大，导致过早损坏。
●长期使用后，若发现测量误差超过±4%（≤10mm）或±4%（＞10mm）时则应调整仪器基点。
调试方法见《SL3-1型遥测雨量传感器使用说明书》的“调试方法”。
（3）PTB220气压传感器的维护
●需确保静压管连接完好，保证气压传感器气嘴口通畅。
●每两年对气压传感器进行1次现场检查、校准。
（4）HMP45D温湿度传感器的维护
●安装自动气象站传感器的防辐射罩不能用水洗，只能用湿布擦拭或毛刷刷拭，且里面的温湿度传感器不能移出防辐射罩外。
●湿敏电容传感器的头部有保护滤膜，防止感应元件被尘埃污染，每月应拆开传感器头部网罩，若污染严重应更换新的滤膜，禁止手触摸湿敏电容，以免影响正常感应。
●定期检查温湿度传感器与数据传输线的连接，发现松动或生锈要及时处理，更换温湿度传感器时要小心插拔，避免造成不必要的损失。
●每两年对温湿度传感器进行1次现场检查、校准。
16.2.6.4线缆的维护
●定期检查各连线外皮是否有老化破损现象，是否有电缆老化开裂。
●电缆应外加防护套管，防止鼠咬，并定期检查防护套管是否老化破损。
●要定期检查线缆接头及插座是否松动，是否腐蚀，发现问题应及时处理。
需要挪动线缆时，要轻拿轻放，不能强拉乱扯而导致线缆断开。
●拆卸线缆接头，要注意标记线序，对原有标记线序的符号要注意保护。
线缆与插头座的维护主要是加强检查，及时发现上述原因造成的损坏，及时更换性能变坏的线缆或
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