湛江-气象-自动气象观测系统维护维修（学员手册）

民航湛江空管站

《midas600自动观测系统维护维修》

学员手册

目录

1.学习约定...................................................2

2.学习指引...................................................2

3.课程安排...................................................3

4.课程结构...................................................4

5.课程内容...................................................5

第一单元midas600自动观测系统概述..........................5

第二单元midas600自动观测系统结构和信号流程................9

第三单元midas600自动观测系统各项日常维护维修.............40

6.附件......................................................48

附件1课堂测试参考答案....................................48

附件2岗位工作指弓|―—维护表...............................49

附件3扩展学习资料........................................54

附件4培训后工作计划表....................................55

1.学习约定

为使培训能够达到预期的目标，请阅读并遵守以下事项：

一、严格遵守课程时间安排，提前5分钟到课室准备。

二、课程学习中，请将手机调到震动或关机状态。

三、坚持全程参训。如中途退出学习，请提前告知教员。

四、积极配合教员或培训工作人员评估培训效果，主动提出学习建议。

五、爱护培训设施设备，如发现问题主动报告设备维护人员。

六、请自觉保持学习场所的卫生清洁，营造良好的学习环境和氛围。

2.学习指引

为了确保培训效果，建议采取以下学习方法：

一、认真听讲，通过参与案例分析、实操练习等活动加深理解。

二、积极分享，并乐于接纳来自教员和同事们的见解和建议。

三、精读教材，梳理知识结构，总结实操心得。

四、定关键词，据此查阅规章和岗位技术资料，扩大岗位知识面。

五、主动征求主管领导的支持和反馈，尽快把学到的技术技能运用于岗位工作实际。

3.课程安排

课程名称midas600自动观测系统维护维修

1.能够了解midas600自动观测系统的工作原理。

课程目标2.能够描述midas600系统结构和信号流程，清楚认识各组成模块的功能。

3.能够熟悉midas600自动观测系统各项日常维护维修。

1.反应评估：通过问卷调查、座谈访谈等评价学员满意度。

培训评估

2.学习评估：通过课堂练习、问题回答和案例分析情况评价学员使用能力。

教学内容

1.midas600自动观测系统概述

2.midas600自动观测系统结构和信号流程

3.midas600自动观测系统日常维护及故障维修

4.课程结构

5.课程内容

第一单元midas600自动观测系统概述

Uv

■I单元重难点

1.自动观测系统概述

通过介绍自动观测系统发展概述和基本类型帮助学员初步了解自动观测系统

2.工作原理介绍

通过简单扼要阐述室外传感器工作原理和室内传感器工作原理帮助学员了解自动观测

系统工作原理。

专业知识概述

1.1自动观测系统的发展概述

1.1.1自动观测系统概述

自动观测系统(AutomatedWeatherObservingSystem)是一个自动气象观测系统。设计

用于空中交通管理员，观察员，预报员，和其他机场的个人。它测量，处理，显示，

存储，发布气象信息。

自动观测系统系统由跑道上的传感器，一个或几个操作员站还有工作站上的软件组

成。表面气象传感器位于跑道上某些测量点，通过中央数据单元(CDU)连接在一起，一

个midas600系统可以是一个或者两个中央数据单元，也就是说，可以包含一个或者两

个中央数据单元。自动观测系统能够增加观测资料的时间、空间密度；数据的收集、

传递更加迅速；数据的分析、处理实现自动化。

2自动观测系统基本类型

自动观测系统主要分为以下几种：midas600、awos2000、MIDASIV和AviMeT

1.2Midas600自动观测系统的工作原理

Midas600自动观测系统工作原理主要是将各种非电量气象参数转换成电参数，实现

采集的自动化。安装在跑道边的传感器采集器通过屏蔽电缆、光导纤维或无线电方式，

连接到室内数据采集处理器或中央处理单元(CDU)O经过数据处理，显示，存储，发

布气象信息。

1.2.1Midas600的组成结构

,中央处理单元CDU(s)

,切换单元(Switch-overUnit),用于双CDUs系统

•传感器及自动气象站

•不间断电源(UPS)

•局域/广域网(LAN/WAN)

■工作站(OWS,FWS,RCM,WV)

•专用数据显示器:DD50,WD30,WD50(可选)

•AFTN(可选)

•为其它系统所设的串行数据输出(可选)

为其它系统所设的TCP/IP数据包输出(可选)

1.2.2Midas600室外传感器工作原理

气压计

1O13>2

大气透射仪

P

eJ

qo

叵

a

图1.1室外传感器工作原理

1.2.3Midas600室内模块工作原理

图1.2室内模块工作原理

本单元术语解释如下表所示:

CDU中央处理单元

AWOS自动观测系统

UPS不间断电源

课堂测试

1.自动观测系统能够、;数据的收集、传递更加迅速；数据的分析、

处理实现自动化。

2.Midas600自动观测系统工作原理主要是将各种转换成,实现采集

的自动化。

第二单元midas600自动观测系统结构和信号流程

单元重难点

1.midas600各模块系统结构。

2.midas600信号流程。

II专业知识概述

2.1Midas600各模块系统结构

2.1.1大气透射仪系统结构

大气透射仪通常称为RVR系统，主要由发射机(LPU)和接收机(LR11)组成，如

图2.1所示。RVR系统直接测量光发射机与光接收机之间的大气透射率，大气透射率的

测量通过光发射机(LPU)和光接收机(LR11)之间“有效基线”来完成(我国民航机

场多采用LP11与LR11相距75米RVR系统，有效基线=75米一0.6米=74.4米)。光发

射机的光束对准光接收机接收镜头，接收机处理器在发射机处理器的控制下，通过之间

的电流通信环路，完成初始测量和数据的内部交换操作，LPU和LRU具有相同的固

化程序(存放在处理板LPCH的EPROM中)，处理器受MIDAS主处理器时序控制，定

时通过FSK(300E71)向MIDAS主机发送MOR数据，并在MIDAS主机通过跑道背景光强

和跑道灯光强度计算出RVR值。

图2.1RVR系统结构

MITRAS硬件结构及信号走向:

图2.2MITRAS硬件结构及信号走向

光接收（LR11）部分电路框图:

光如

p

p

P

图2.3LR11电路框图

(1)LPC11处理器：

控制LP11与中央处理器之间和LP11与LR11之间的数据交换，LPCH操作由8031

微处理器D3控制，程序放在D2之中，LP11和LRH具有相同的固化程序(存放在EPROM

中)，完成光发射机功能还是光接收机功能，取决于LPC11板上的跳线设置，远程FSK

线路维护终端线路键入命令，可使MITRAS工作于不同模式以及完成自检过程。

(2)LPF11闪光控制单元：

高压750VAC由过压保护单元LPTU提供，调整后的直流高压为闪光灯提供足够的

能量，由LPC11提供的FLASH信号正脉冲为触发脉冲，在闪光灯触发基座上放电，在次

级产生4KV使氤闪光灯工作，如图2.4所示。

触发脉冲X2TRlGa+,

图2.4LPF11单元

(3)LPI11工作原理:

发射光强TM(I)的采集是将闪光灯发出的光经过凸透镜聚焦到LPHl的V4上；V4

接收光强后，进行A/D转换，产生发射光强TM(I)值，如图2.5所示。

(4)加热控制LPHH：

对机内和窗口加热,防止机内和窗口表面受水汽的影响。

跳线：X2一般选择40度

图2.6LPH11

(5)直流供电LPPH：

产生+5V,+10V,+12V,—15V电压，对+5V,+15V,—15V检查。

(6)过压保护LPT11：

防止外部电压对内部线路的过压损坏。跳线：1—2；3—4；5—6短接，实现发射机

和接收机之间数据交换由一个数字电流环提供(在用)。

（7）污染检测LPDll：

测量窗口上的尘埃或污染情况，这个数据用以补偿由于污染所造的透射率的衰减。

（8）LPD11原理框图：

LIGHT为高电平时，V2导通，灯泡电压为5V,灯泡亮，光线进入窗内多次反射（窗

面上的尘埃使光强减弱），由光电管V4测量减弱后的光强经A2转换成电压信号CLA送

至LPC11。LIGHT信号为低电平时，V2截止，DS1两端电压为3.4V,亮度很暗，处于准

备测量状态。光电管V3直接测量DS1的光强，经A2变成电压信号RLA送至LPC11,作

为参考值。

图2.8LPD11

（9）触发基座FYD904：

FYD-904是一个高压变压器，正常时X4（黑）和X5（红）回路电阻为11MQ左右,

X2（咖啡）和X3（白）回路电阻为0.6Q左右两个独立线圈，如图2.9所示。

X4FYD-904闪光灯。

图2.9FYD904

2.1.2MiIos500自动站系统结构

MIL0S500是一套测量、收集和预处理天气数据可独立使用的系统，能自动采集温度、

相对湿度、气压、降水和测雨时间等传感器的数据，预处理后用无线或有线方式向中央

处理器（MIDAS主机）发送数据。目前我国民航机场安装的MILOS500基本上是以调制

解调方式有线传送数据，系统的主要部分包括处理器（DMC50）、接口单元（DMI50）,电

源部分（DPS50）、传感器和调制解调器（DMX55）组成，如图2.10所示。各传感器采集

数据后进入接口单元的模拟通道（只有降水是数字信号，翻斗每翻动一次为0.2毫米）

将模拟信号转换成数字信号，送至处理器处理、控制，再以串行方式将数据流调制成FSK

工作方式实现与中央处理器的通信。

Milos500结构:

QMW110

CombinedWind

Sensorwith10m

cableandmast

mounting

accessories

GSMAntenna

DKP12

10mpolemast

QMH102

Temperatureand

RelativeHumidityProbe

inDTR502RadiationShield-

MAWS301

AutomaticWeather

StationwithPMT16A

Pressuresensor,

BWT15SXMainspower

sypply,commsmodules,

incL.rad.shieldandmast

mountingaccessories

2-wireRS-485

cablenotincluded

图2.10milos500组成结构

Milos500信号走向:

图2.11milos500信号走向

⑴气压传感器(DPA21)

气压传感器由三个检测压力电容的独立的无液膜片圆盒组成，如图2.12所示。安

装在DPA21电路板上，取三个传感单元数值的算术平均值。一般情况下检查传感单元之

间数值误差＞0.6百帕，应立即更换DPA21板。为保证飞行安全，在重要部门还配有振

筒式气压仪用于数值的比较。

图2.12PDA21

(2)温度、湿度传感器HMP45D：

湿度测量采用薄膜电容传感器HUMICAP®180,温度测量采用薄电阻传感器

(PtlOOPtlOOO),温度和湿度传感器均放置在探头的顶部，有薄膜过滤器保护探头。

图2-13HMP45D

(3)RG13H雨量计:

加热型翻斗式雨量筒，低于+4°C时自动开启加热，功耗为38W/40VDC,分辨率:

0.2毫米。

图2.14RG13H

2.L3风系统的结构

目前我国民航机场使用的风系统由电流环方式的WAT11,FSK(调试解调)方式的

WAT15两种。它们的工作原理基本一致，但数据的传输方式不同，在南方多雷雨地区WAT11

受雷击造成设备损坏的可能性比WAT15大。风系统可独立的完成数据采集、传输、处理

和终端显示工作，并讲处理好的数据送至MIDAS主机。

测风系统由风向传感器WAV15A,风速传感器WAA15A,控制单元WAT15、显示单元

WAD21、M0DEM300组成。WAT15对WAA15A、WAV15A进行采集，一旦WAD21(MASTER)向

WAT15发出请求信号(地址查询码)，WAT15将数据进行格式转换后以FSK3007E1传

输方式送到WAD21(MASTER)和WAD21(SLAVES)显示。

WAA15A是一种高响应，低门限，三杯式光电传速计，传感器包括一个转轴上的14

齿形圆盘，该盘在发光二极管和光敏三极管之间转动，齿代表0状态，切口代表1状态。

当转轴转动时，光敏三极管输出一组脉冲，风杯的旋转速度与风速成正比，如图2.15

所示。

脉冲频率如下：

f(Hz)=14X{风速(m/s)-0.232(m/s)}/l.402

参数：

＞测量范围：0-75m/s

＞传感器频率：。-750Hz

＞门限：0.4m/s

WAV15A是一种计数平均、低门限光电风向标，由光电元件和转轴上的编码盘组成。

当风向表转动时，编码盘在红外发光二极管、光敏三极管之间转动，每转动5.63度，

就会产生一组六位格雷码脉冲，如图2.16。

图2.16WAV15A

参数：

＞测量范围：0-360°

＞门限：0.3m/s

＞分辨率：5.63°

在风传感器轴承、转动轴部位装有加热器，防止严寒地区因结冰造成转动轴无法正

常工作。

测风系统由WAA15、WAV15、控制单元WATH、WAD21组成，各风传感器的WATH与

WAD21(MASTER)和WAD21(SLAVES)串连成电流环路传输数据，风传感器和WATH工作

电源由WAD21(MASTER)供给。

WAT15工作原理:

WAT15(A)WAT15(B)WAT15(C)

RS-232C

图2.17WAT15原理

WAT11工作原理:

WATll(A)X5WATI1(B)X5WAT11(C)X5

图2.18WAT11原理

电路板跳线设置及功能:

WAT15：

•XI：2-3并联加热方式。

•X2：2-3传感器速率采样（2KHz,风速部超过50m/s）。

•X3：2-32KBRAM

•X4：1-2EPPROM为27c256

•X5：2-3正常工作的CPU测试

•X6：短接PICOBUSI/O控制

•X7：短接CCITT/BELL103,开路为BELL103

X8：短接查询信号识别

X9：短接加热电压控制

X10：断开PICOBUSPINT控制

XII：2-3DC与MODEM线独立工作

X12：断开DC反接保护。

XP3：A号风：1-2；B号风：3-4；C号风：5-6；D号风：3-4,5-6；

9-10：每秒1米地平均风速。

13-14：多通道，开路为单通道。

39-40：DC开关（短路为0N,在用）。

图2.19WAT15跳线

WAT11：

图2.20WAT11跳线

•Sl、S2、S3、S4、S5：风速完成时间选择，短接S3为标准(4m/s)

•S6、S7、S8、S9：工作模式选择，短接S7、S9为查询模式。

•S10：连接电流环和逻辑地至保护地，姮开路。

•sn、S12、S13：信息长度选择，短接S13为标准。

•S14：电流环数据输入，选开路。

•S16、S17、S18、S19：传感器站识别符(二进制)，短接S19为A站，短接S18为B

站，短接S18、S19为C站。

•S21、S22：将+5V和+12V接到各自的过压监视电路，短接。

0021WA板(WAT15)：

•XII：4-6：CLOOP波特率选择300

1-3：EIA波特率选择1200

•X14：1-2,11-12：记录通道设置

17-18：从(SLAVEA)显示单元，开路为主(MASTER)显示单元

•X16：3-4,5-6：晶体连接L2组跨接片

•X18：2-3：CLOOP数据位为8

•X19：1-2：EIA数据位为7

•X20：1-2,3-4：EPROM类型为2732

•X21：1-2:CLOOP电流为70毫安

•X22：2-3：RTC频率为75Hz

-一

8

&

8

o

_

8

<

^

^

)跳线

T15

(WA

1WA板

002

图2.21

11)：

(WAT

WA板

0021

)跳线

T11

(WA

A板

0021W

图2.22

300

btl

LOOP

4-6

XII：

X14:空

片

组跨接

接L2

体连

-6晶

3-4,5

X16：

数据位

7个

LOOP

l-2

X18:

X19:空

16

为27

类型

PROM

-5E

2-3,4

X20：

安

50毫

多通道

LOOP

2-3

X21：

空

X22：

2.1.4FD12P系统结构

FD12P天气现象传感器是一种综合了光学前散射测量、电容降水感应和温度测量的

微处理器控制的智能传感器，如图2.23。

FD12P通过测量成33。角散射的红外光强度，来评估气象光学范围能见度（MOR）。

在经过对信号性质的仔细分析后，将散射测量转化为能见度。在降水情况下要进行特殊

处理。

FD12P软件从散射信号的快速变化中来检测降水颗粒。水滴数据用于估计光学降水

强度和降水量。除了光学信号之外，DRD12雨水检测器的模拟输出也用于估计降水强度

和降水类型。

DRD12的输出是与落在电容表面上的水量成比例的，光学强度是与反射粒子总量成

比例的。光学强度和电容强度的比例用于判定基本降水类型。

安装在DRI21接口卡上的DTS14温度传感器用来测量横杆温度（TS）。温度数据和

光学信号分布图计DRD12表面传感器数据一起用于判定实际气象编码。

FD12P中的所有信号分析都由软件执行，只有DRD12雨水ON/OFF状态是基于硬件的，

用作附加参数。FD12P带有固定程序，分成几个在实时操作系统核心

控制下执行的任务。每个任务如同一个带有限功能的无限的环路。操作系统核心控

制任务的计时和任务之间的互相作用，如图2.24o

图2.23FD12P

(1)FDT12B发射机：

发射近红外光脉冲。它保持向下16.5°角倾斜。光学电源由一个闭合硬件环路稳

压。这个单元还包括用于透镜污染监控的接收电路。

(2)FDR12接收机：

测量FDT12D光束的散射部分。FDR12还包含用于透镜污染监测的额外光发射机。

和发射机一样，接收机也是向下倾斜16.5。角，这样接收机单元就测量成33。角散射

的光。

(3)DRD12雨水检测器：

输出一个与两个RainCapTM感应元件中的水量成比例的信号。这些元件由两根涂

有绝缘玻璃的细金属丝组成。水的存在改变了元件的电容，两片的综合电容由DRD12电

子元件测量。结合在里面的加热电阻可以保持元件干燥，如在雾和融雪落在其上的情况

下。DRD12带有模拟输出和二进制输出来指示是否有降水。雨水检测器由一个风罩保护，

来减少风对测量结果的影响。

(4)DTS14温度传感器：

是一个PtlOO热敏电阻，用于测量横杆温度。

(5)FDP12控制单元:

是FD12P的主要数据处理器和通讯单元。

(6)DRI21接口板：

是维萨拉一般用途传感器接口，带几个模拟和数字输入通道。在FD12P中，DRI21

接口板的一个通道用于横杆温度测量，一个用于DRD12模拟信号测量。止匕外，DRI21控

制DRD12加热，并读取降水ON/OFF状态。

(7)FDW13电源：

将电源电压转换为24VAC,用于FDS12整流器和加热元件。FDW13包括电源电压

选择器和电源ON/OFF开关(也可作为自动保险丝使用)。

(8)DMX21调制解调器(选项):

是一个标准300baud调制解调器，只在租用线模式中和FD12P一起使用。

(9)FDE12备用温度传感器

(10)30513风杆：

高度为2150mm

(11)FDCH5传感器横杆：

长度为1500mm,这也是FD12P的整个宽度。

2.1.5CT25K云高仪系统结构

CT25K用于测量云高和垂直能见度，CT25K云高仪运用了脉冲二极管激光LIDAR技

术，CT25K可以同时探测三个云层。CT25K是根据碑化钾二极管产生激光束和接收光脉

冲的原理测定云高，云高的测量是光脉冲出发经大气层射到云层，返回接收机所需的时

间，计算出云层高度，如图2.25。

返射层的高度(H)通式为：

H=CXT/2

传感器测量最大高度为25000英尺，其传输时间T=48.8微秒。激光束经过内部平

行光学器件使之精确地成为平行光束(波长905纳米)，接收机从100纳秒到24.4微秒

之间，每隔100纳秒对回波信号作一次数字采样(空间测量精度为50英尺)，回波信号

接收后采用脉冲积累技术，在100纳秒~24.4微秒中，接收机共采样256次，然后对回

波信号进行累加，在接收回波信号的同时也接收到噪声信号，由于噪声是随机的，累

加的结果使其本身相互抵消了一部分，而云层回波信号强度则是单个脉冲乘以脉冲数,

云层回波信号强度大大高于噪声强度。这样，系统使用较低的激光功率就可大大提高信

噪比，防止了环境光线噪声和其它噪声的干扰和影响。

Figure1-1CeilometerCT25K

图2.25CT25K

CT25K原理框图:

ATMOSPHERE

Trigger、Trans-Windowcontamination

>照4Receivertest

__JZMaintenance

Ceilo-^^ontro^CPUBoardport

meterDMC50B

InterfaceData

Boardpod〉

DCT52

Modem

(option)

>

>

Supply

>voltages

__Battery

工12V

&BOB-003

图2.26CT25K原理框图

(1)测量单元:

lONE-R

(2)外壳

内置窗口鼓风机CT2614/CT2688(热空气鼓风机)，220-240VAC(CT2614)

图2.28夕卜壳

(3)基座:

金属基座CT25106,外接电缆插座

(4)光学组件CTB22：

1=透镜，2=CTL21,3=光学补偿组件，4=CTT2L5=CTR2L6=光学组件

I.激光变送器CTT21:

电压P65经调制后高压送至激光二极管；触发脉冲至半导体开关元件的触发电极,

用于推动电流脉冲通过激光二极管，如图2.31所示。

9412058

图2.31CTT21

II.光接收器CTR21：

第一个光电二极管APD接收光实际测量信号；第二个APD通过半桥式连接补偿在信

号反射中出现在透镜系统中的光学交扰，如图2.32所示。

图2.32CTR21

III.光学监测器CTL21：

一个PIN光二极管监控CTT21发出的光脉冲；一个PIN光二极管监控窗口污染的程

度，如图2.33。

图2.33CTL21

⑸处理板DMC50B

将不同内部传感器发来的信号进行A—D转换；与外部设备的串行通信；内部组件

控制；系统的内置测试，如图2.34所示。

S

HS

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电

京

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图2.34DMC50B

(6)DC转换器DPS52:

自监控的电压分配板；5个转换电路中总共产生13种电压，（+5V、-5V、+12V、

-12V、+18V、+65V、+400VR等)如图2.35。

POWER

INPUT1

POWER

INPJT1!

oranr^Tcn

图2.35DPS52

(7)接口板DCT51：

控制激光变送器和实时处理接受器过来的后向散射信号；光二极管检测到的后向散

射信号进行实时取样，如图2.36。

(8)电线和电源接口组件CTP241：

控制内部加热器(CT25039),外部窗口鼓风机,内部加热和窗口,如图2.37所示。

⑼内部加热器组件CT25039：

保护透镜和测量单元的窗口免受湿气的损害；热开关避免系统过热，如图2.38。

9807-051

图2.38CT25039

(10)倾斜角传感器CT3675：

包含一个硅微观结构加速传感器；校正偏离垂直位置产生与角度相关的测量信号,

如图2.39o

图2.39CT3675

(H)窗口调节器CT2614/CT2688：

DPS52和CTP241用软件控制NTC温度传感器决定加热器开或关，窗口表面有污染或

水汽时，或大气测量系统预示有降水的可能时，鼓风机就自动启动，如图2.40。

HEATERNTC

BINDER

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