ZQZ―TF自动气象站风传感器维修技术研究
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摘 要
通过对zqz-tf风传感器维修技术研究，总结其维修经验，给出指导性维修方法，帮助基层台站技术装备保障人员进行芯片级维修，达到提高效率、降低成本的目的。
1 前言
目前，ZQZ-TF风传感器作为区域自动气象站传感器在全省有不少的保有量，仅怀化市气象系统就安装有65套。传感器在野外工作，运行环境复杂，故障发生频率较高。由于产品供应商没有提供相关技术资料和维修说明，故障发生后，采取寄回厂家维修方式，存在维修成本高、维修时间长等问题，增加了基层台站经济负担，延长了故障排除时间，降低了自动气象站工作效率。
通过对ZQZ-TF风传感器维修技术研究，总结其维修经验，给出指导性维修方法，帮助基层台站技术装备保障人员进行芯片级维修，达到效率高、成本底的目的，对保障自动气象站风向、风速观测数据的准确性、可靠性和连续性具有现实意义，因此ZQZ-TF风传感器维修技术研究很有必要。
2 主要研究内容
2.1 传感器机械部分
传感器机械部件分解到最小，如螺丝，轴承的C形卡簧等，通过游标卡尺对传感器各机械部件测量，用CAD按照1：1比例绘图，所画的图纸是三维立体图纸，通过图示介绍传感器机械部分的拆卸、装配方法，形象易懂，便于掌握，还给出了螺丝、卡箍、空心铜铆钉、E型开口挡圈、微形轴承等易损件的具体参数，便与替换，具体见表1。
2.2 传感器电路部分
传感器电路分老款和新款，老款为分立元器件，体积、功耗偏大、维修比较方便，新款为贴片元件，体积、功耗小、维修对工具要求较高，通过实际电路分析，反推出电路图。
3 工作原理介绍
3.1 风速传感器
风速传感器的感应元件为三杯式回转架，信号变换电路为霍尔开关电路。在水平风力作用下，风杯组件旋转，通过主轴带动磁棒盘旋转，其上的36只磁体形成18个小磁场，风杯组每旋转1圈，在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号，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。
3.2 风向传感器
风向传感器的感应元件为风向标组件。角度变换电路为格雷码盘加光电电路，发光二极管和光敏三极管分别安装在7位格雷码盘上下两侧光电器件支架7个窝型孔内。当风标随风向变化而转动时，其轴带动下方固定的码盘在光电组件的狭缝中转动，通过码盘对7位发光二极管的遮光和通光而产生对应于实时风向的7位格雷码，该格雷码由高低电平组成，经整形电路整形并反相输出。每组格雷码有七位，代表一个风向。由于码盘外圈是128等分，故风向分辨率为360° /128=2.8125°，也就是每转过2. 8125°输出一组新的格雷码。因此，风向共有128个方位指示。
结合风向传感器电路图，进一步分析其工作原理。如图一，其中V15～V23为瞬变电压抑制二极管，简称为TVP管，TVP管在瞬间高能量冲击时，能以极高的速度从高阻改变为低阻而吸收一个极大的电流，将管子的电压钳位在一个预定的数值上，钳位时间仅仅10-6μs，该TVP管用的型号为TVP500，它的击穿电压最小为82V，主要用于防雷，保护与之连接的采集器。Dl～D7为安装在码盘上方窝型孔内的发光二极管，B1～B7为安装在码盘另一侧窝型孔内的光敏三极管，发光二极管和光敏三极管一一对应，共7组，U1，U2为反相器，主要对信号整形，7个发光二极管通过各自的限流电阻与+5V电源相连，驱动其发出一定波长的红外光，完成电～光转换，如果发出的光没有被码盘遮挡，对应的光电三极管导通，其集电极输出低电平到相应的反相器，经反向整形后，输出高电平经航空插头、连接电缆到采集器，如果风标带动码盘转动正好遮挡了某一个或多个发光二极管发出的光，对应的光敏三极管不导通，则输出高电平（+5V）到相应的反相器，经反向后，输出低电平（（0V）经航空插头、连接电缆到采集器。如风标指向正北时，为0°或360°，对应的格雷码为“0000000”，此时的状态是码盘将7个发光二极管发出的光全部遮挡，7个光敏三极管输出都为高电平到与之对应的7个反相器输入端，经反向后，7个反相器都输出低电平到采集器，从以上分析可知，格雷码中的高电平是相应的发光二极管发出的光没被码盘遮挡，低电平是被遮挡住了。
4 维修举例
例1：故障原因为雷击。接修后，该风向传感器是2006版电路，用自制的格雷码检测电路检查，1～4发光二极管始终点亮，5～7能至少亮一次，灭一次。说～明1～4发光二极管对应的电路有问题，始终输出高电平。拆开传感器，用万用表分别量光敏三极管B4～B7的集电极并转动传感器的轴，都始终为高电平。判断是U1的问题，更换U1后，故障排除。
例2：故障原因也是雷击。接修后，该风向传感器也是2006版电路，用检测电路检查，所有的发光二极管都始终点亮。拆开传感器，用万用表分别量光敏三极管B1～B7的集电极并转动传感器的轴，都始终为高电平。判断是U1，U2的问题，更换U1，U2后，故障排除。
例3：风向传感器，电路板损坏，因为是2006款电路板，厂家停产作报废处理。通过改装机械结构，自制电路板隔离套管后，换上2010版电路板，传感器恢复正常。
作者单位
怀化市气象局 湖南省怀化市 418000