民航华东空中交通管理局气象中心 200335
摘要：芬兰VAISALA公司生产的LT31大气透射仪是上海虹桥机场自动观测系统用来测量机场能见度的主要设备。在日常工作中，会遇到一些状况，使得大气透射仪收到干扰后无法给出正常的数据。本文就其中一个状况进行分析，并且总结了一些对LT31日常维护的方法进行了一个简要的介绍。
1.引言
跑道视程(Runway Visual Range,简称RVR)是每个机场运行的标准的非常重要的指标之一，目前上海市虹桥机场西跑道运用的就是芬兰VAISALA公司的大气透射仪LT31来计算的。芬兰厂商VAISALA公司生产的大气透射仪LT31以下简称LT31，采用测量方法是光学透射式测量方法。其中基本原理就是直接的测量发射机与接收机之间的大气的透射率，计算大气中通过的散射和吸收后消光系数的，并利用消光系数及气象光学视程（以下简称MOR）的定义来计算出MOR数值。LT31大气透射仪具有的自动校准，自动校直，窗口污染的测量，短期补偿以及防止污染等的功能，能够在多数复杂的天气下提供可靠的有效的MOR和RVR的数值。再设备的日常维护过程中，常见的故障与处理的方法有很多。本文列举了一个发生在上海虹桥机场的案例，通过剖析LT31大气透射仪工作的原理对LT31工作造成的状态异常的情况进行了分析。
2.LT31大气透射仪测量能见度的原理以及应用
芬兰VAISALA公司生产的大气透射仪LT31采用的测量方法是光学透射式测量方法，基本的原理及时通过计算光束北大气吸收和散射产生的消光系数，从而计算出光学视程MOR。LT31工作时工作时，从发射机发射出一束光强为10的平行光，通过大气中距离L的衰减后，北接收机接收到I的光强，测量两点间的透射率可以计算出消光系数α。
根据气象的光学视程MOr的定义：色温为2700K的白炽灯发出的平行光束产生的能量在大气中降低到它的初始值的0.05时的长度。当选取的阈值为0.05时，可计算出光学视程MOR。
LT31计算跑道视程RVR基于以下三个数值：气象光学视程MOR、背景光亮度和跑道灯光强度。由LT31直接测量大气能见度，然后根据Koschmic计算出光学视程MOR，LT31上安装背景光亮度计LM21测量出背景光亮度，跑道灯光强度是由人工设置，系统通过获取这三个数值，计算出跑道视程RVR。
3.故障案例分析
3.1故障情况描述
2019年3月25日 ，虹桥机场西跑道北端LT31开始能见度降低，并且污染告警，窗口污染的1级和2级告警，并且告警结束之后MOR不可以采用PWD得到的MOR的值，并且出现了校直的错误。能见度大幅下降，当时天气状况为阴天，此端能见度与其他几端能见度差别非常大，MOR值普遍在5000米左右，机场附近不存在其他干扰能够影响LT31的测量的因素
图1 LT31发射单元整体外观图
3.2故障处理
在室内的维护端通过Event Monitor事件提醒查看告警内容，除了污染告警之后没有其他硬件故障信息，LT31测量数值出错的可能性很小，最终判断此次能见度测量异常很可能来源于外部因素，比如窗口污染，或者其他因素。决定去外场实地查看下具体原因。
机务员到达外场之后，看见有一只巨大的黑色的鸟站在LT31的保护罩上，尾巴刚好遮挡住了发射机的窗口。等机务员靠近之后，大鸟受惊，便立即离开。此时接到室内的机务员报告，此时能见度已经渐渐上升，能见度逐渐恢复到与其他端相近的数值。污染告警也消失了。为了保险起见，机务员还是通过笔记本连接LT31大气透射仪发射机，敲入status命令查看LT31的工作状态，显示LT31设备状态正常数据稳定。
3.3故障分析
此次故障基本可以断定为鸟干扰导致的。
由于LT31位于机场的飞行区内部，飞行区内部地势平坦，气象设备处在其中，非常显眼，LT31的保护罩顶部非常平坦，是鸟类特别喜欢栖息的地点。不光是LT31，其他设备比如超声风，云高仪均出现过类似的受鸟类干扰，影响能见度测量的现象。
LT31提供的独特窗口污染的测量，用于发射单元与接收单元窗口的测量。一个单独的窗口发射机的模块产生的一道光束，穿过V型的测量窗口，使用一个特殊的形状测量单元的机箱作为反射的平面，光束指向相对窗口接收机的光学部件和电子器件，用来测量窗口的真实的透射率，补偿短期的窗口的污染和探测通路堵塞的可能。如果有外部干扰如鸟翼或者飞虫在此V型区域内活动，就会阻挡污染测试的光束，影响污染值得测量。
图2 污染测量原理图
根据用户手册中所提到的LT31自动校直的介绍，可以分析出，窗口污染测量能测量出有污染造成的信号的衰减，由此来判断是否要进行自动校直。由于外界的干扰汇聚在LT31的窗口前，影响了污染的测试，所以才会出现当时的告警信息，系统判断校错误（如图2）。
4.LT31的维护
结合上面的一个例子，可以看出LT31大气透射仪是一个集合了光学、电子学以及机械构造为一体的静谧的仪器。为了避免硬件问题或者外部干扰引起的不正常状态，保证LT31能够更加稳定正常的工作，日常的维护工作可以说是必不可少的。定期和不定期的维护。比如每次维护中，必须先查看设备所处的环境，是否会存在遮挡或者其他干扰源，定期的巡视，可以避免一些外部干扰源对镜头造成的遮挡。然后检查透射仪的窗口和镜面污染状况。检查风扇系统有否正常运转。检查机箱的密封性是否正常，有无树枝和虫子爬入。查看机箱周围的信号线和电源线连接是否正常。雷雨过境前后检查机器的防雷是否正常。台风过境前后，检查发射机和接收机的机体是否固定，有无松动。
5.总结
本文中出现的一个小小的案例，在日常维护中出现的概率不算特别大，日常维护中出现的故障产生的原因多种多样，和当时的天气条件，比如空气湿度，降雨密度，还有风速都有关系。一般如果通过室内的维护端如果无法明确判定故障发生的原因的话，建议机务员在天气允许的条件下，尽量去外场，设备边上，连接维护电脑结合现场的实际情况来判断故障的真实原因。这样能加强对设备工作原理的认识，也提高了日常遇到故障并且排除故障的工作效率。
参考文献
[1]Transmissometer LT31 USER'S GUIDE M210667EN-A November 2004
论文作者:王琳婧
论文发表刊物:《科技新时代》2019年4期
论文发表时间:2019/6/19
标签：测量论文; 大气论文; 能见度论文; 窗口论文; 机务员论文; 光学论文; 故障论文; 《科技新时代》2019年4期论文;