风向传感器WAV151原理分析和故障排查

风向传感器WAV151原理分析和故障排查

尤嘉铖

（民航华东空中交通管理局气象中心上海200335）

摘要：与航空器安全飞行相关的气象要素有能见度、云底高度、风向、风速、气压等.而在航空气象服务中,风向数据是航空器起降过程中一个重要气象要素,数据的准确与否,直接影响航空器飞行安全。上海虹桥机场目前使用的自动观测系统（AWOS）就有风向传感器WAV151。本文中就2018年初在虹桥机场一次风向传感器的故障进行分析，阐述如何排查故障的解决思路与方法，快速恢复设备正常运行，有效提高设备的正常率，保障航班安全飞行。

关键词：风向传感器；WAV151；格雷码脉冲

1引言

风向传感器WAV151是由芬兰Vaisala公司研发生产，用于测量风向的一款产品，与风速传感器WAA151组成了一套测量实时风向风速的机械风组件，是气象观测设备的重要组成部分。气象自动观测系统（AWOS）主要的用户对象有机场预报人员、地面观测人员、塔台管制人员等，风向风速信息是气象自动观测系统（AWOS）中的重要信息。机场预报人员根据人工观测和AWOS气象自动观测系统提供的数据给塔台等用户提供气象报文，塔台管制员需根据所得的气象报文和当时风速风向的特点决定航空器的起飞方向等信息。若机场上空出现灾害性天气，常常会伴有低空风切变等灾害性现象，使得近地面的风向风速变化剧烈，迫使航空器偏离航道，极易造成不安全事件，对航空器的飞行安全和人员安全造成极大的危害。所以为用户及时准确地提供设备信息，显得尤为重要。

2风向仪结构及原理

风向传感器WAV151（图1）的工作原理是：红外发光二极管和光敏三极管组装、连接在风向标轴上的编码盘六条码轨的两边。当风向标转动时，就会产生六位格雷码脉冲，脉冲由光电三极管接收，每变化5.63度，格雷码变化一次，风向数据也随之变化一次。

例如当风标对准正北时，6个发光二极管的红外光经编码盘的缝隙使6个光敏三极管导通，此时传感器的输出状态为“000000”；当风向标指向正南时，靠圆心的两路红外光被金属遮挡，那么只有2个光敏三极管被导通，此时传感器的输出为“110000”可见编码盘的结构决定着传感器的输出.接口中C、D、E、F、G、H针用于6位并行格雷码输出，共有2^6种排列组合，代表64个风向信息。可见风向值的计算是遵循一定标准的。

图1WAV151风向传感器图2传感器内部及连接头

3典型故障过程

3.1.故障发生

2018年02月12日10：00本场机务员发现虹桥东跑道北端的风向数据波动范围较大。具体现象是同一时间（1分钟）内，相邻时间段，数据不断跳变，经观察该时间段出现的风向数据有：100°、110°、120°、150°、160°、210°、240°、260°等等，对比其他跑道同一时段的多个点的风向数据，没有上述类似情况。

在接下来的持续观察下，该情况多次发生。

3.2故障处理

3.2.1故障分析

同时查看本地设备状态，未出现设备告警信息，表明设备状态正常。前往机场跑道实地检查设备，设备各个状态也显示正常。目视该点风向标指示与实际风向一致为西北风，但用维护终端连接设备采集到的风向值数据仍在跳变，大致在100°到260°。经判断，故障点在设备或者线路上。

3.2.2理论推导与模拟故障

表1：本型号传感器方向与六位格雷码脉冲对应关系如下[1]：

经查表1得：

100°对应101°，所得六位格雷码脉冲是011011、

110°对应113°，所得六位格雷码脉冲是011110、

120°对应118°，所得六位格雷码脉冲是011111、

150°对应146°，所得六位格雷码脉冲是010111、

160°对应158°，所得六位格雷码脉冲是010010、

210°对应208°，所得六位格雷码脉冲是110111、

240°对应236°，所得六位格雷码脉冲是111111、

260°对应253°，所得六位格雷码脉冲是111011。

对比所得六位格雷码脉冲发现，该点得第一、第三、第四位数不断变化，其他位相对稳定，怀疑该风向传感器的传输线路有故障。

3.2.3故障排除

为保险起见，在更换检修线路之前，我们更换一个新的风向传感器，经观察，得到的数据仍然和错误数据一样，大致在100°到260°不断跳变，证明原风向传感器设备完好。换回原来的风向传感器，利用万用表打环测试，发现WT521中，对应六位格雷码脉冲线路中第一、三、四的线路不稳定，逐段查找发现在WT521中下线排对应三根线铜丝裸露，容易发生接触不良。更换相应线路，恢复供电，风向数据恢复正常，无跳变现象出现，与其他点数据保持相对一致，故障得到解除。

4故障总结

本故障是风向传感器在传输线路上，因线路老化，导致铜线裸露，因此会使风向数据异常。对这类故障我们往往会因为没有设备告警状态，而认为设备正常、数据也正常。所以需要多加观察、多加对比，及时的发现并排除故障。

设备的老化在所难免，在设备即将更新换代之际，我们也要对旧设备和旧线路经行着重检查和排查。在出现设备故障或者数据异常的时候，不光要检查设备是否故障，还要检查其它部分，包括线路、变送器WT521、调制解调器等等。这次的也给相关的故障提供了一些借鉴，可以更好更快的解决类似问题。

5结论

风向数据只是气象自动观测众多数据中得一个，也是必不可少得一个。遇到故障，我们要多发现、多排查、多思考、多总结，争取事半功倍的解决更多问题。我们机务员也要多学习、多熟悉，这样才能更好更快的保证气象自动观测系统的正常运行，为民航事业贡献一份自己得力量。

[1]VAISALA.WindVaneWAV151USER’SGUIDEM210294en-AApril2002

[2]李正生，马文彦，闫杰.格雷码的反码、补码与带符号格雷码的补码[J].微电子学与计算机，201305Vol.30No.5.