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[摘 要]总辐射是辐射观测中最基本的项目，总辐射传感器FS-S6广泛应用于气象辐射观测。本文总结了FS-S6型总辐射传感器的日常工作原理，并重点介绍了总辐射传感器的安装维护与故障诊断方法，以有效提高观测员日常维护及排除故障的能力，确保自动气象站整体的正常运行，为总辐射传感器维修维护提供参考。
[关键词]FS-S6型， 总辐射传感器，故障排除
中图分类号：S214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0155-02
[Abstract]Total radiation is the most basic project in radiation observation， total radiation sensor FS - S6 is widely used in meteorological observation of radiation. This article summarizes the FS - S6 daily total radiation sensor working principle， and introduced the total radiation sensor installation maintenance and fault diagnosis methods， to effectively improve the ability of the spotter daily maintenance and troubleshooting， to ensure the normal operation of the automatic meteorological station as a whole， provide reference for repair and maintenance total radiation sensor.
[Key words]FS - S6， total radiation sensor， troubleshooting
气象辐射观测是地面观测业务中重要的观测项目之一，包括总辐射、发射辐射、散射辐射、直接辐射和净辐射，其中总辐射是辐射观测中最基本的项目[1]。FS-S6总辐射传感器是一种应用于太阳辐射观测的短波总辐射传感器。它符合最新的ISO和WMO標准的“一级”表技术指标。
FS-S6是用来测量从180°视场，以W/m2为单位，入射在一个区域表面的太阳辐射通量。FS-S6采取完全无源工作方式，利用一个热电偶传感器生成一个与辐射通量成正比的输出电压。由于使用了两个球型玻璃罩，减少了测量误差；特别是热偏差，所以传感器具有很高的测量精度。FS-S6的使用十分简单。用户仅仅需要一个精确的毫伏量级的电压表来读取数据。要计算辐射等级，电压必须除以灵敏度，而灵敏度是一个每一台仪器都提供的常数。FS-S6可以与大多数常用的数据采集系统连接。FS-S6可以用于科学气象观测，建筑物理学，气候和太阳光采集试验。通常的应用是作为气象站的一个部分来测量户外的太阳辐射。保障自动气象站的正常运行，对气象台站而言尤为重要，其对自动气象站的技术保障及维护也提出了更高的要求[2，3]。本文通过对FS-S6型总辐射传感器的日常工作原理进行分析，介绍了FS-S6型总辐射传感器的安装与故障排除方法。
1 工作原理[4]
FS-S6总辐射传感器利用热电偶传感器上的黑色涂层吸收太阳辐射，辐射转换成热能进入FS-S6的内部，在热电偶两端产生温差，从而产生一个与太阳辐射成正比的电压输出信号。
FS-S6总辐射传感器是用来测量具有180°视角区域的太阳辐射量。太阳短波辐射光谱大约从300nm跨越到2800nm。所以总辐射传感器应当覆盖这个光谱范围，并且光谱灵敏度应当尽可能一致。
对于辐通量测量来说，根据定义入射辐射响应随入射角度的余弦而变化；也就是说当太阳光辐射垂直（与表面正交，太阳在天顶位置，入射角度为0°）照在传感器上时产生满刻度响应，当太阳光在水平面（入射角为90°，与天顶位置成90°角）时响应为零，当入射角为60°时的响应为满刻度的一半。从定义来看，总辐射传感器的“余弦响应”也可以称呼为“方向性响应”，有近乎理想的余弦特性。
为了获得适当的方向性的和光谱的性能，总辐射传感器的主要部件包括：
带黑色涂层的热电偶传感器。能吸收全部的太阳辐射，有一个平坦的覆盖从300-50000nm的光谱，并且有一个近乎完美的余弦响应。
球形玻璃内罩。这个球形玻璃罩限定了从300到2800nm（滤除2800nm以上部分）的光谱响应，同时维持180°的视场。球形玻璃内罩的另外一个功能是屏蔽热电偶传感器以防止对流。
球形玻璃外罩：一级总辐射传感器都采两个球形玻璃罩，没有采用一个球形玻璃罩的。相对于采用一个球形玻璃罩，采用两个球形玻璃罩的结构提供了一个热屏蔽，使得传感器和里面的球形玻璃罩之间达到一个更好的热平衡。结果是大大地降低了仪器的零偏差。
FS-S6总辐射传感器是用来测量从180°视场，以W/m2为单位，入射在一个区域表面的太阳辐射量。FS-S6采用完全无源的工作方式，利用一个热电偶传感器生成一个与辐射量成正比的小的输出电压。它只能和一个合适的测量系统结合起来使用。若总辐射表的灵敏度为k，单位为辐射表输出的电压信号强度为U，则传感器接收到的太阳总辐射为：
=U/k
检查传感器外观完好后对其性能做简单检测。检测仪器可以用手持式万用表来进行：检测在蓝色（-）电线和白色（+）电线之间的传感器阻抗。万用表的电阻值刻度应在200Ω范围内。典型的阻抗测量值应该是100-150Ω。无限阻抗意味电路开路；零阻抗意味电路短路。检测传感器是否对光产生响应：把万用表调在直流电压测量的最灵敏档，通常是100毫伏或更小。 把传感器暴露在强光源下，例如离一个100W灯泡10cm的距离。这时候可以检测到几个毫伏的电压信号。拿一物遮暗传感器或关灯。仪器的电压输出会下降，在一分钟内接近于零毫伏。
2 传感器安装[4]
FS-S6通常水平安装，但是它也可以倾斜安装或倒置安装。在各种情况，传感器会测量入射到与传感器表面平行的平面上的辐射量。
安装总辐射传感器的位置必须选择在其感应元件的平面以上无任何障碍物的地方，同时也应是易于到达的地。如果实际上不可能到达这样的安装状况，则该场地必须尽可能的避开障碍物在一年中的任何时候可能产生的阴影[5]。总辐射传感器的安装位置应视野开阔，特别是在一年当中日出和日落方位应没有大于5°的遮挡物，可选在地面或楼顶平台，设置专用的立柱或平台。对于台柱上部固定一块比总辐射传感器底座稍大的金属板，与仪器的接触面有良好的隔热。立柱平台离地面约1.50m，要求牢固，即使受到严重冲击振动（如大风等），也不改变仪器的水平状态。
安装时，先把总辐射传感器的白色防护罩卸下，再将总辐射传感器安装在台上，使仪器接线柱方向朝北。用螺钉将仪器初步固定在安装板上，然后利用仪器上所附的水准泡，调整底座上调节脚，使总辐射传感器的感应面处于水平状态，然后固定安裝螺钉，最后将白色防护罩装上。首先进行机械固定，优先使用仪器底部的螺纹孔，确定安装位置，应该避免在太阳光入射路径和仪器之间摆放物品，以防止在仪器上产生阴影。其次进行水平校准，如果是水平固定，使用仪器上的水准泡需要耐心多次调整，注意其方向性，接线端朝北。最后注意安装高度，如果是倒置安装的话，WMO建议安装在离地面不小于1.5m的高度，FS-S6通常水平安装，但是在一些应用上可以倾斜安装或倒置安装。在各种情况下它测量入射在一个与传感器表面平行的区域表面上太阳辐射通量。
3 维护[4]
总辐射的观测，应在日出前把金属盖打开，辐射传感器就开始感应，日落后停止观测并加盖。若夜间无降水或无其他可能损坏仪器的现象发生，也可以不加盖[6]。在日常工作中如何维护呢？玻璃罩受污染时，用软布沾水或者酒精清洁玻璃罩；检查玻璃罩内部有没有凝聚物；干燥剂颜色发生变化时及时更换；对水平状态进行检查，传感器水平状态发生变化时，需要松开固定螺钉重新调整水平调节脚，直至传感器水平再旋紧固定螺钉；检查电缆是否有损伤，以防开路；每年定期检查电缆1次，确保电缆完好无损，无鼠咬、老化等现象；每月定期检查电缆设备，使其与各传感器、采集器之间的连接无松动[7]。严格检查数据，功能性误差通常表现为测量值异常，严格检查测量数据是最好的日常维护。再次校准：建议每两年校准一次。FS-S6总辐射传感器是无源传感器，不需要提供电力。在FS-S6传感器的线缆上施加超过12伏的电压可能导致传感器的永久损坏。
4 故障诊断[4]
传感器不能正常工作时按以下方面进行故障诊断。
1）传感器无输出信号。测量传感器两端电线的阻抗。这个值应该在100-150Ω再加上电缆电阻（通常0.1Ω/m）的左右。如果这个值接近零，则表明电路短路（检查电线）。如果这个值无限大，则表明电路开路（检查电线）。这个检查甚至于可以在传感器被遮盖时进行。检查传感器是否对外加热的流动产生响应。建议使用灯泡作为热源来强制产生热流动。一个100W的灯泡固定在离传感器10cm的距离能够产生一定程度的响应。通过在一毫伏范围内施加给传感器一个毫伏量级的信号源来检查数据采集。
2）传感器信号不正常的高或低。检查是否在算法中输入正确的灵敏度系数。每一个传感器都有它自己特定的灵敏度系数。查验算法=U/E是否正确，检查数据采集器的接线状况。
3）检查电缆是否断裂。检查数据记录器的读数范围；热流量可以是负数值（这已经超出读数范围）或者幅度可以超出读数范围。通过在一毫伏读数范围内施加给传感器一个毫伏量级的信号源来检查数据采集。传感器信号显示非预期的波动，检查附近是否有强大的电磁辐射信号源（雷达，无线电等。）检查屏蔽情况。检查传感器电缆的连接。
参考文献
[1] 司方坤，徐健鹏，郭义涛.总辐射传感器的工作原理及安装维护[J].农业开发与装备，2015（10）：75.
[2] 张小石，黄莉芬，黄志兴.DZZ1～2型自动气象站的维护[J].广东气象，2009，31（5）：63—64.
[3] 幸卫斌，范宜构，黄发明，等.浅谈自动气象站维护问题[J].民营科技，2009（3）：108.
[4] 江苏省无线电科学研究所有限公司.FS-S6总辐射传感器用户手册[M].江苏：2014：1-6.
[5] WMO/CIMO.Guide Metecorological Instruments and Methods of Observation（Sixth edition）.中国气象局网络监测司译.气象仪器和观测方法指南（第六版）[M].北京：气象出版社，1996.
[6] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
[7] 金乾林，靳小秋，徐泉丽.自动气象站常见故障判断与维护[J].现代农业科技，2010（10）：290.
作者简介
朱保美（1979-），女，汉族，山东省临清市人，学士学位，工程师，主要研究方向：农业气象、地面测报等。
[关键词]FS-S6型， 总辐射传感器，故障排除
中图分类号：S214 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0155-02
[Abstract]Total radiation is the most basic project in radiation observation， total radiation sensor FS - S6 is widely used in meteorological observation of radiation. This article summarizes the FS - S6 daily total radiation sensor working principle， and introduced the total radiation sensor installation maintenance and fault diagnosis methods， to effectively improve the ability of the spotter daily maintenance and troubleshooting， to ensure the normal operation of the automatic meteorological station as a whole， provide reference for repair and maintenance total radiation sensor.
[Key words]FS - S6， total radiation sensor， troubleshooting
气象辐射观测是地面观测业务中重要的观测项目之一，包括总辐射、发射辐射、散射辐射、直接辐射和净辐射，其中总辐射是辐射观测中最基本的项目[1]。FS-S6总辐射传感器是一种应用于太阳辐射观测的短波总辐射传感器。它符合最新的ISO和WMO標准的“一级”表技术指标。
FS-S6是用来测量从180°视场，以W/m2为单位，入射在一个区域表面的太阳辐射通量。FS-S6采取完全无源工作方式，利用一个热电偶传感器生成一个与辐射通量成正比的输出电压。由于使用了两个球型玻璃罩，减少了测量误差；特别是热偏差，所以传感器具有很高的测量精度。FS-S6的使用十分简单。用户仅仅需要一个精确的毫伏量级的电压表来读取数据。要计算辐射等级，电压必须除以灵敏度，而灵敏度是一个每一台仪器都提供的常数。FS-S6可以与大多数常用的数据采集系统连接。FS-S6可以用于科学气象观测，建筑物理学，气候和太阳光采集试验。通常的应用是作为气象站的一个部分来测量户外的太阳辐射。保障自动气象站的正常运行，对气象台站而言尤为重要，其对自动气象站的技术保障及维护也提出了更高的要求[2，3]。本文通过对FS-S6型总辐射传感器的日常工作原理进行分析，介绍了FS-S6型总辐射传感器的安装与故障排除方法。
1 工作原理[4]
FS-S6总辐射传感器利用热电偶传感器上的黑色涂层吸收太阳辐射，辐射转换成热能进入FS-S6的内部，在热电偶两端产生温差，从而产生一个与太阳辐射成正比的电压输出信号。
FS-S6总辐射传感器是用来测量具有180°视角区域的太阳辐射量。太阳短波辐射光谱大约从300nm跨越到2800nm。所以总辐射传感器应当覆盖这个光谱范围，并且光谱灵敏度应当尽可能一致。
对于辐通量测量来说，根据定义入射辐射响应随入射角度的余弦而变化；也就是说当太阳光辐射垂直（与表面正交，太阳在天顶位置，入射角度为0°）照在传感器上时产生满刻度响应，当太阳光在水平面（入射角为90°，与天顶位置成90°角）时响应为零，当入射角为60°时的响应为满刻度的一半。从定义来看，总辐射传感器的“余弦响应”也可以称呼为“方向性响应”，有近乎理想的余弦特性。
为了获得适当的方向性的和光谱的性能，总辐射传感器的主要部件包括：
带黑色涂层的热电偶传感器。能吸收全部的太阳辐射，有一个平坦的覆盖从300-50000nm的光谱，并且有一个近乎完美的余弦响应。
球形玻璃内罩。这个球形玻璃罩限定了从300到2800nm（滤除2800nm以上部分）的光谱响应，同时维持180°的视场。球形玻璃内罩的另外一个功能是屏蔽热电偶传感器以防止对流。
球形玻璃外罩：一级总辐射传感器都采两个球形玻璃罩，没有采用一个球形玻璃罩的。相对于采用一个球形玻璃罩，采用两个球形玻璃罩的结构提供了一个热屏蔽，使得传感器和里面的球形玻璃罩之间达到一个更好的热平衡。结果是大大地降低了仪器的零偏差。
FS-S6总辐射传感器是用来测量从180°视场，以W/m2为单位，入射在一个区域表面的太阳辐射量。FS-S6采用完全无源的工作方式，利用一个热电偶传感器生成一个与辐射量成正比的小的输出电压。它只能和一个合适的测量系统结合起来使用。若总辐射表的灵敏度为k，单位为辐射表输出的电压信号强度为U，则传感器接收到的太阳总辐射为：
=U/k
检查传感器外观完好后对其性能做简单检测。检测仪器可以用手持式万用表来进行：检测在蓝色（-）电线和白色（+）电线之间的传感器阻抗。万用表的电阻值刻度应在200Ω范围内。典型的阻抗测量值应该是100-150Ω。无限阻抗意味电路开路；零阻抗意味电路短路。检测传感器是否对光产生响应：把万用表调在直流电压测量的最灵敏档，通常是100毫伏或更小。 把传感器暴露在强光源下，例如离一个100W灯泡10cm的距离。这时候可以检测到几个毫伏的电压信号。拿一物遮暗传感器或关灯。仪器的电压输出会下降，在一分钟内接近于零毫伏。
2 传感器安装[4]
FS-S6通常水平安装，但是它也可以倾斜安装或倒置安装。在各种情况，传感器会测量入射到与传感器表面平行的平面上的辐射量。
安装总辐射传感器的位置必须选择在其感应元件的平面以上无任何障碍物的地方，同时也应是易于到达的地。如果实际上不可能到达这样的安装状况，则该场地必须尽可能的避开障碍物在一年中的任何时候可能产生的阴影[5]。总辐射传感器的安装位置应视野开阔，特别是在一年当中日出和日落方位应没有大于5°的遮挡物，可选在地面或楼顶平台，设置专用的立柱或平台。对于台柱上部固定一块比总辐射传感器底座稍大的金属板，与仪器的接触面有良好的隔热。立柱平台离地面约1.50m，要求牢固，即使受到严重冲击振动（如大风等），也不改变仪器的水平状态。
安装时，先把总辐射传感器的白色防护罩卸下，再将总辐射传感器安装在台上，使仪器接线柱方向朝北。用螺钉将仪器初步固定在安装板上，然后利用仪器上所附的水准泡，调整底座上调节脚，使总辐射传感器的感应面处于水平状态，然后固定安裝螺钉，最后将白色防护罩装上。首先进行机械固定，优先使用仪器底部的螺纹孔，确定安装位置，应该避免在太阳光入射路径和仪器之间摆放物品，以防止在仪器上产生阴影。其次进行水平校准，如果是水平固定，使用仪器上的水准泡需要耐心多次调整，注意其方向性，接线端朝北。最后注意安装高度，如果是倒置安装的话，WMO建议安装在离地面不小于1.5m的高度，FS-S6通常水平安装，但是在一些应用上可以倾斜安装或倒置安装。在各种情况下它测量入射在一个与传感器表面平行的区域表面上太阳辐射通量。
3 维护[4]
总辐射的观测，应在日出前把金属盖打开，辐射传感器就开始感应，日落后停止观测并加盖。若夜间无降水或无其他可能损坏仪器的现象发生，也可以不加盖[6]。在日常工作中如何维护呢？玻璃罩受污染时，用软布沾水或者酒精清洁玻璃罩；检查玻璃罩内部有没有凝聚物；干燥剂颜色发生变化时及时更换；对水平状态进行检查，传感器水平状态发生变化时，需要松开固定螺钉重新调整水平调节脚，直至传感器水平再旋紧固定螺钉；检查电缆是否有损伤，以防开路；每年定期检查电缆1次，确保电缆完好无损，无鼠咬、老化等现象；每月定期检查电缆设备，使其与各传感器、采集器之间的连接无松动[7]。严格检查数据，功能性误差通常表现为测量值异常，严格检查测量数据是最好的日常维护。再次校准：建议每两年校准一次。FS-S6总辐射传感器是无源传感器，不需要提供电力。在FS-S6传感器的线缆上施加超过12伏的电压可能导致传感器的永久损坏。
4 故障诊断[4]
传感器不能正常工作时按以下方面进行故障诊断。
1）传感器无输出信号。测量传感器两端电线的阻抗。这个值应该在100-150Ω再加上电缆电阻（通常0.1Ω/m）的左右。如果这个值接近零，则表明电路短路（检查电线）。如果这个值无限大，则表明电路开路（检查电线）。这个检查甚至于可以在传感器被遮盖时进行。检查传感器是否对外加热的流动产生响应。建议使用灯泡作为热源来强制产生热流动。一个100W的灯泡固定在离传感器10cm的距离能够产生一定程度的响应。通过在一毫伏范围内施加给传感器一个毫伏量级的信号源来检查数据采集。
2）传感器信号不正常的高或低。检查是否在算法中输入正确的灵敏度系数。每一个传感器都有它自己特定的灵敏度系数。查验算法=U/E是否正确，检查数据采集器的接线状况。
3）检查电缆是否断裂。检查数据记录器的读数范围；热流量可以是负数值（这已经超出读数范围）或者幅度可以超出读数范围。通过在一毫伏读数范围内施加给传感器一个毫伏量级的信号源来检查数据采集。传感器信号显示非预期的波动，检查附近是否有强大的电磁辐射信号源（雷达，无线电等。）检查屏蔽情况。检查传感器电缆的连接。
参考文献
[1] 司方坤，徐健鹏，郭义涛.总辐射传感器的工作原理及安装维护[J].农业开发与装备，2015（10）：75.
[2] 张小石，黄莉芬，黄志兴.DZZ1～2型自动气象站的维护[J].广东气象，2009，31（5）：63—64.
[3] 幸卫斌，范宜构，黄发明，等.浅谈自动气象站维护问题[J].民营科技，2009（3）：108.
[4] 江苏省无线电科学研究所有限公司.FS-S6总辐射传感器用户手册[M].江苏：2014：1-6.
[5] WMO/CIMO.Guide Metecorological Instruments and Methods of Observation（Sixth edition）.中国气象局网络监测司译.气象仪器和观测方法指南（第六版）[M].北京：气象出版社，1996.
[6] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.
[7] 金乾林，靳小秋，徐泉丽.自动气象站常见故障判断与维护[J].现代农业科技，2010（10）：290.
作者简介
朱保美（1979-），女，汉族，山东省临清市人，学士学位，工程师，主要研究方向：农业气象、地面测报等。