氣象自動(dòng)站測(cè)風(fēng)傳感器原理及維修

氣象自動(dòng)站測(cè)風(fēng)傳感器原理及維修

采用ec9-1型自動(dòng)站風(fēng)傳感器。這種測(cè)風(fēng)傳感器在訂購(gòu)時(shí)不提供線路圖紙和維修手冊(cè),維修起來(lái)比較困難。經(jīng)過(guò)多次摸索,我們已掌握了其原理并總結(jié)出一套維修方法。供同行參考。1器支架的設(shè)計(jì)測(cè)風(fēng)傳感器由風(fēng)傳感器支架,風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器組成。風(fēng)傳感器支架除了用作固定風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器之外,還完成電纜的轉(zhuǎn)接。風(fēng)速傳感器用來(lái)測(cè)出水平風(fēng)的大小,用“m/s”這個(gè)計(jì)量單位進(jìn)行量度。風(fēng)向傳感器指示風(fēng)的來(lái)向,用“度”這個(gè)計(jì)量單位進(jìn)行量度。2風(fēng)傳感器的工作原理(1)gndd3風(fēng)向傳感器的感應(yīng)元件為前端裝有輔助標(biāo)板的單板式風(fēng)向標(biāo)。角度變換采用七位格雷碼光電碼盤。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時(shí),通過(guò)主軸帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn),每轉(zhuǎn)動(dòng)2.8125°,位于碼盤上下兩側(cè)的七組發(fā)光與接收光電組件就會(huì)產(chǎn)生一組新的七位并行格雷碼,經(jīng)整形、倒相后輸出。VCC的工作電壓為+5伏。GND是連接地線的接頭。D1至D7是數(shù)據(jù)接口,它采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式,最小為0,最大為127,所讀出的數(shù)值并不是風(fēng)的來(lái)向,還要用這個(gè)數(shù)值去查格雷碼表所得出的數(shù)值才是風(fēng)的來(lái)向。數(shù)據(jù)有7位,每一位的硬件組成都是一樣,所以這里介紹第一組硬件的工作過(guò)程,其它類推。當(dāng)VCC連接+5伏時(shí),發(fā)光二極管DD1發(fā)出亮光(這種光是不可見(jiàn)光),格雷碼盤隨著風(fēng)向標(biāo)旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。①格雷碼盤擋住亮光時(shí),光敏二極管截止,這時(shí)節(jié)點(diǎn)A1電壓為+5伏,也就是說(shuō)反相器N1的輸入端為高電平,經(jīng)反相后,反相器N1的輸出端為低電平,即0伏。如果這時(shí)候讀數(shù),得到D1為“0”。②格雷碼盤不擋住亮光時(shí),光敏二極管在亮光照射下,就會(huì)導(dǎo)通,這時(shí)節(jié)點(diǎn)A1電壓為0伏,也就是說(shuō)反相器N1的輸入端為低電平,經(jīng)反相后,反相器N1的輸出端為高電平,即+5伏。如果這時(shí)候讀數(shù),得到D1為“1”。(2)風(fēng)速傳感器接口設(shè)計(jì)風(fēng)速傳感器的感應(yīng)元件為三杯式風(fēng)杯,信號(hào)變換電路為霍爾集成電路。在水平風(fēng)力的驅(qū)動(dòng)下風(fēng)杯組旋轉(zhuǎn),通過(guò)主軸帶動(dòng)磁棒盤旋轉(zhuǎn),其上的數(shù)十只小磁體形成磁場(chǎng),在霍爾磁敏元件中感應(yīng)出脈沖信號(hào),其頻率隨風(fēng)速的增大而線性增加。VCC的工作電壓為+5伏。GND是連接地線的接頭。OUT數(shù)據(jù)輸出接口,它采用脈沖制計(jì)數(shù)方式,每秒內(nèi)來(lái)多少個(gè)脈沖,脈沖數(shù)除以10所得的數(shù)值就是瞬時(shí)風(fēng)速。例如,一秒鐘,讀到的脈沖數(shù)為63,那么這時(shí)的瞬時(shí)風(fēng)速為6.3m/s。風(fēng)速傳感器的工作過(guò)程相對(duì)比較簡(jiǎn)單,VCC接上+5伏工作電壓,水平風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)杯帶動(dòng)風(fēng)速傳感器內(nèi)的磁棒盤轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)碼盤上的小磁體剛好對(duì)著霍爾磁敏元件3144LU時(shí),霍爾磁敏元件3144LU就導(dǎo)通,OUT端輸出低電平;風(fēng)杯再轉(zhuǎn)動(dòng),小磁體離開(kāi)霍爾磁敏元件3144LU,霍爾磁敏元件3144LU就截止,OUT端輸出高電平;這樣就可以在OUT輸出端讀到一個(gè)脈沖。水平風(fēng)越大,單位時(shí)間內(nèi)讀得的脈沖數(shù)越多。3實(shí)際維護(hù)應(yīng)用(1)反相器n6已故障時(shí)的測(cè)量先判斷7組硬件中哪幾組是正常的,哪幾組是損壞的。拿來(lái)一個(gè)有故障的風(fēng)向傳感器,接上+5伏工作電壓,人為不斷轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,用萬(wàn)用表的電壓檔分別測(cè)量各數(shù)據(jù)輸出端,發(fā)現(xiàn)D1、D3和D6只有低電平,而D2、D4、D5和D7都有高低電平交替出現(xiàn)。由此可知,D1、D3和D6三組硬件中有元器件損壞,而D2、D4、D5和D7四組硬件中元器件都正常。進(jìn)行每組故障排除。(1)進(jìn)行D1組檢查,用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量節(jié)點(diǎn)A1,轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,節(jié)點(diǎn)A1只有高電平出現(xiàn)可以判斷故障就出現(xiàn)在發(fā)光二極管DD1和光敏二極管P1之間。再用正常的發(fā)光二極管DD2照射光敏二極管P1,節(jié)點(diǎn)A1馬上出現(xiàn)低電平,由此可以判斷發(fā)光二極管DD1已經(jīng)損壞,用同類型的正常發(fā)光二極管替換后,再轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,這時(shí)萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量D1數(shù)據(jù)輸出端,有高低電平交替出現(xiàn),說(shuō)明D1組故障已排除。(2)進(jìn)行D3組檢查。用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量節(jié)點(diǎn)A3,轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,節(jié)點(diǎn)A3也只有高電平出現(xiàn)。可以判斷故障就出現(xiàn)在發(fā)光二極管DD3和光敏二極管P3之間。用正常的發(fā)光二極管DD2照射光敏二極管P3,節(jié)點(diǎn)A3還是保持高電平,由此可以判斷光敏二極管P3已經(jīng)損壞,用正常的光敏二極管替換后,再轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,這時(shí)用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量D3數(shù)據(jù)輸出端,有高低電平交替出現(xiàn),說(shuō)明D3組故障已排除。(3)進(jìn)行D6組檢查。用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量節(jié)點(diǎn)A6,轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,節(jié)點(diǎn)A6有高低電平交替出現(xiàn)。可以判斷發(fā)光二極管DD6和光敏二極管P6正常;而故障就出現(xiàn)在反相器N6和二極管Z6之間。將二極管Z6斷開(kāi),轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量D6數(shù)據(jù)輸出端,只有低電平,說(shuō)明反相器N6已經(jīng)損壞。用正常的反相器替換后,接回二極管Z6,再轉(zhuǎn)動(dòng)格雷碼盤,這時(shí)用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量D6數(shù)據(jù)輸出端,有高低電平交替出現(xiàn),說(shuō)明D6組故障已排除。(2)脈沖輸出的測(cè)量用一個(gè)風(fēng)速傳感器,接上+5伏工作電壓,人為不斷轉(zhuǎn)動(dòng)碼盤,用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量OUT輸出端,OUT輸出端保持高電平不變。說(shuō)明這個(gè)風(fēng)速傳感器有故障。我們從簡(jiǎn)到難進(jìn)行一一檢查,斷開(kāi)+5伏工作電壓,用萬(wàn)用表的電阻檔測(cè)量電阻R1,電阻讀數(shù)與電阻上的標(biāo)值基本一致,電阻是正常的。再用萬(wàn)用表的二極管檔分別測(cè)量二極管Z1、Z2的正向和反向特性,其正向和反向特性都符合要求,二極管Z1、Z2是正