王莉
（山西省方山县气象局，山西 吕梁 033100）
摘要：介绍了DNQ1型能见度仪的系统结构、工作原理和参数设置，以及日常的维护方法，对实际业务运行中出现的故障和数据误差现象进行分析，提出了合理的保障维护方法。
关键字：能见度仪；系统结构；工作原理；维护维修
0 引言
能见度是反映大气浑浊程度的一个光学指标。通过观测这个代表近地表大气透明度的重要物理量，可以分析在特定条件下空气污染的程度[1]。当雨、雪、雾、霾和沙尘暴等天气导致能见度不足500 m时，给车辆的行驶和人类的生产、生活带来了诸多的影响和不便，故能见度观测是一项相当重要的气象要素项目。山西省方山县气象局从2016年7月1日开始正式使用DNQ1-V35前向散射式能见度仪来观测一分钟能见度、十分钟滑动平均能见度以及能见度极端值，通过4年多的连续使用，作者在工作中积累了一些有关能见度仪使用、维修方面的知识和经验，本文重点介绍DNQ1型前向散射式能见度仪的工作原理、日常维护及常见故障处理，以期为DNQ1型能见度仪的使用和维护提供参考。
1 能见度仪工作原理与系统结构
1.1硬件结构
DNQ1前向散射式能见度仪提供与气象能见度相关的测量，是继透射式能见度仪后发展起来的新一代气象能见度监测设备。具体构成主要由发射器、接收器、电源/控制器和机架等部分组成。其中发射器由红外线LED、控制和触发电路、LED强度监控器和反向散射接收单元组成[2]。变送器装置以2 kHz的频率使红外线LED产生脉冲波。光二极管监控发射光强度，测量的变送器强度用于自动使红外线LED的强度保持为预设值。光接收器由PIN光二极管、前置放大器、电压到频率转换器、反向散射测量光源LED以及一些控制和定时电子器件组成。接收PIN光二极管检测从采样空气柱内悬浮颗粒散射且被镜头聚焦（特定方向的散射光）的光脉冲[2]。信号电压由与变送器同步的相敏锁定放大器进行过滤和检测。温度传感器是固定到横臂上的Pt100热敏电阻。使用高精度A/D转换器，每分钟测量一次温度[3]。
1.2 工作原理
DNQ1型前向散射测量仪器，它的核心部件包括发射机、接收机、控制板和内部连接电缆等。发射机持续发射红外光脉冲，被透镜聚焦后经大气中的颗粒物散射，接收机透镜将散射光收集到光敏二极管上转换为电信号，并对其强度进行检测（通过AD部件）得到信号强度的数字信号，估计大气消光系数，再将得到的数字信号发送到数据处理板的CPU进行处理，通过特定的算法转化为气象光学能见度数据[4]。
2 通信参数设置
DNQ1具有一根带两个接口的串行线。双线RS-485用作标准接口。RS-485接口连接到主机时，DNQ1软件旨在允许将RS-232接口用作引入线。通常，DNQ1同时等待来自RS-232和RS-485接口的输入。来自RS-232接口的任何字符都会禁用RS-485通信10 s，或直到使用者关闭该线路止。自动信息将连同来自RS-485接口的轮询信息一起发送到这两个接口。
串行通讯接口缺省设置为：9600波特，偶数奇偶性，7个数据位，1个停止位。
1）对于串行传输RS-232通讯，将DNQ1信号线连接到：
黄色至PC3/9：TxD RS-232，绿色至PC2/9：RxD RS-232，灰色至PC5/9：GND，建议RS-232电缆的最大长度为50m。
2）对于串行多点传输RS-485通讯，请将DNQ1信号线连接到：
棕色RS-485A （+），白色RS-485B （-）
注意在某些RS232/RS-485转换器中，可能会混合使用这些标记。如果连接未正常运行，请切换电线的位置。
3）维护终端的连接
任何配有终端仿真软件或与RS-232串行接口兼容的VT100终端的计算机都可用作DNQ1的维护终端。
3 设备安装与日常维护
3.1设备安装
1）选址：应该选择该地区具有代表性的环境，比如，不要在树的阴影下面或是有热源建筑物的地方。
2）安装位置应没有会干扰光学测量的障碍物和反射面，并且没有明显的污染源。
3）接收机不要朝向太阳，向北（北半球）；向南（南半球）。
4）若安装在道路环境中，则把接收单元指向道路的行驶方向，能见度仪横臂与道路方向平行。
3.2设备日常维护
为保障能见度仪的正常运行，工作人员应进行日常的检查维护。保持光路符合要求，清洁镜头和DRD表面（建议最少间隔时间6个月，或根据当地条件进行）。准备工具：镜头清洁布，清洁剂（如异丙醇）
1）在值守班期间，每个正点前10 min应查看能见度自动观测数据。发现数据错误或昇常应及时处理，启动维护或维修程序。
2）每天按规定巡视仪器，发现能见度仪（尤其是采样区）有蜘蛛网、鸟窝、灰尘、树枝和树叶等影响数据采集的杂物时应及时清理
3）一般每2个月定期清洁一次传感器的透镜和护罩，日常工作中可视观测场周围环境延长或缩短清洁的时间间隔，如在公路附近或多风多尘等地方要增加清洁维护频次。
4）定期检查维护供电和防雷设施，确保设备安全稳定运行。
5）无线传输的能见度仪器，每月定期检查无线通讯卡上的费用，提前充值。
6）定期检查、维护的情况应记入值班日志中。对观测数据有影响的还要记入备注栏。检查时应尽暈避免用手电筒等光源照射能见度观测设备能见度仪的探头。
4常见故障处理及解决方法
4.1 故障一
现象：能见度值不存在。
硬件错误或存在警报信息。打开命令模式（OPEN）并使用（STA或Message 3）命令检查状态信息。信息长度可能视DNQ1配置的选项以及是否存在警告信息而定。值前面的星号“*”表示超出限制。如果检测到警告或错误，将在信息末尾显示下列一条或多条文本。
4.2 故障二
现象：电气故障。
检查步骤：1）检查电缆接头是否有破损或接触不良；2）检查接收单元和发射单元装置，目测检查电子器件的状况。
4.3 故障三
现象：能见度无数据。
检查步骤，如图4所示。
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图3 能见度无数据缺测维修流程
4.4 故障四
现象：能见度值持续太好。
可能原因：从发射单元到接收单元的光路受到干扰。1）镜头可能过脏，已接收到警告；2）接收镜头受到强光直射或装满雪、树叶等诸如此类的东西，已生成警告；3）镜头表面发生冷凝，这是加热失败的标志；4）发射单元或接收单元中的电子器件出现故障。
维修步骤：1）清洁透镜，如果被异物遮挡则加以清除；2）使用STA命令检查状态信息，查找故障原因。
4.5 故障五
现象：能见度持续过低。
可能原因：取样容积受到影响。1）护罩异常，是否有扭曲变形；2）环境干扰，尝试为接收单元/发射单元光学器件找到一个更好的方向；3）电气故障。
维修步骤：1）仪器镜头部分或镜头中间有干扰物，如蛛网丝或蚊虫等；2）仪器附近是否有增强散射光的物体，例如树枝，蜘蛛网或者反光金属、反光地面等；3）使用STA命令检查状态信息，查找故障原因。
4.6 故障六
现象：能见度数据偏小。
可能原因：1）能见度设备镜头部分或在镜头中间可能有干扰物，如蜘蛛丝或蚊虫等，导致能见度偏小或波动；2）能见度设备镜头中间或采样区周围有污染物或烟尘、粉尘导致能见度偏小；3）能见度设备镜头擦拭完成后，若镜头留有棉絮或擦拭材料残留物等，将导致能见度偏小。
4.7 故障七
现象：能见度数据偏大。
可能原因：能见度设备接收器镜头内部已被蜘蛛网堵死导致能见度数据偏大或饱和，需要进行蜘蛛网的清理；2）能见度设备接收器镜头受到强光直射，如太阳光、车灯等，能见度数据将偏大或饱和；3）能见度设备镜头受污染造成能见度偏大。
4.8 故障八
现象：能见度值数据异常。
检查步骤，如图5所示。
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图4 能见度数据异常维修流程
5 结语
前向散射能见度仪作为地面气象观测新型站的重要组成部分，仪器运行较为稳定，平常一般只需清洁镜头。如：能见度示值缺测，首先排除电源与连线故障，通过STA等命令调试确定传感器部件是否故障与更换；能见度示值持续过大或偏小，多因镜头污染与强光影响，通过清洁与旋转传感器方向加以改正。但还有其他原因导致设备突发异常，这就需要保障人员更加了解能见度仪的观测原理，掌握能见度仪的操作技能，在工作实践中不断学习，总结经验，提高维护维修技术水平，保证观测数据的准确性，才能确保能见度仪正常工作。
参考文献
[1]司方坤，徐健鹏，张希宏．HY-V35 型能见度仪工作原理及安装维护［J］．现代农业科技，2015（18）：255．
[2] 华云升达（北京）气象科技有限责任公司．DNQ1前向散射式能见度仪用户手册[M]，北京：气象出版社，2012：6
[3]李艳，张鑫，王柏林，等. DNQ1型能见度仪工作原理及维护实例［J］．陕西气象，2016（4）：34-36
[4] 张朝昌. DNQ1-V35 型能见度仪故障检测与排除方法[J].资源与环境科学，2016，9：230-232
作者简介：王莉（1970-），女，汉族，山西省吕梁市人，副研级工程师，大学本科，综合业务员。