利用集合理论定位判定风向传感器故障

　　0　引言

　　随着气象业务体制改革的纵横推进和现代化技术的飞速发展,地面气象观测在观测方式、方法和手段上发生了革命性的变化。特别是高智能、高精度、高观测密度的自动化探测仪器的使用,把地面气象工作的重心由常规观测发报向仪器快速维修、应急保障等方向发展。装备质量控制、运行质量控制、数据质量控制、技术保障体系建设等工作在大气探测中的重要地位日益凸显,同时也赋予其新的内涵。2006年浙江省气象局专门成立重点课题小组对自动站实时资料的质量控制方法进行研究,从现有的自动气象站观测资料中分析、判断仪器的运行工况及记录的代表性、准确性、比较性是当前台站监测分析员的主要任务。

　　目前自动站所使用的测风仪器多为高动态性能测风传感器,它具有动态特性好,灵敏度高,测量范围大,抗风强度高等特点,但在使用中也出现了一些问题。最显著的是风向某些方位缺失,并具有一定的隐蔽性,而较长时间又难以发现。本文将通过介绍风向传感器的基本原理,设计如何运用集合理论分析判定仪器故障和编程实现。

　　1　格雷码介绍

　　1.1　格雷码

　　格雷码是一种无权码,采用绝对编码方式,属于可靠性编码,是一种错误最小化的编码。在自然二进制码中,某些情况时相邻数变化则与相关联的每一位都要改变,例如从十进制3转换成4时即011变为100。然而格雷码就没有这一缺点,它是一种数字排序系统,其中所有相邻数在它们的表示中只有一个数字位不同。即任意两个相邻数之间转换时,只有一个数字发生变化,为此格雷码编码将大大减少数位状态的改变。

　　格雷码分辨率是由格雷码二进制位数决定的,根据不同的精度要求可以选择不同的分辨率位数,精度越高位数越多。目前风向传感器所采用的是7位(或6位)编码,能满足3°(5.6°)的分辨率。宁波市自动站风向传感器WAV151采用的是6位,而浙江省其他地区普遍采用EC9-1型的是7位。本文将以7位格雷码风向传感器为对象,介绍算法和编程的实现。

　　1.2　格雷码与二进制数之间的转换

　　由于格雷码不是权重码,每位没有确定大小,不能直接进行比较和简单的运算,要进行变码后才能成为自然二进制码。

　　自然二进制码转换成二进制格雷码的法则是:最高位不变,直接作为格雷码的最高位;而其它位则由自然二进制码的当前位与高一位异或后求得。因此风向的不同中心角度对应的自然二进制编码与格雷码存在以上的换算关系。

　　2　风向传感器的工作原理

　　风向传感器的感应器件为单翼风向标[1],风向的发生信号装置是由风向标转轴连接一个风标带动的7位格雷码盘及码盘两侧同一半径上的7对光电管器件组成。码盘上侧安装有7个红外发光二极管,下侧有7个光敏三极管对应,正对码盘的7个轨道。7个轨道分别由内到外作21,22,23,24,25,26,27等分,相邻轨道作透光和不透光处理。随着风标转动,码盘下面的光敏三极管接受到信号发生了变化,形成7位格雷码,每一个格雷码对应一个风向的中心角度,分辨区间为360/128=2.812 5°。