DZN2型土壤水分觀測儀常見故障及排除方法

尹新燕，于瑞波，李四清

（石河子市氣象局，新疆石河子832000）

DZN2型土壤水分觀測儀常見故障及排除方法

尹新燕，于瑞波，李四清

（石河子市氣象局，新疆石河子832000）

自動土壤水分觀測儀代替了以往人工取土測量土壤體積含水量的工作，并可測量不同深度的土壤體積含水量，完成土壤水分貯存量信息的采集、處理、存儲及傳輸。DZN2（GStar-I）型自動土壤水分觀測儀現(xiàn)已廣泛應用于全國各地氣象臺站的農(nóng)業(yè)氣象觀測中，較好地滿足了各地農(nóng)業(yè)氣象服務的需求。莫索灣氣象站做為新疆第一批安排使用此儀器的臺站，通過對近3年來在運行中出現(xiàn)的各種問題進行總結歸納，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)問題是維護不到位造成的，部分是儀器自身故障。通過故障分析,并結合北疆的氣候特點，提出DZN2（GStar-I）型土壤水分觀測儀的一些常見故障排除方法，日常維護中要注意和改進的事項。

DZN2型自動土壤水分觀測儀；故障；排除；維護

1　故障現(xiàn)象及解決方法

1.1通訊故障

故障現(xiàn)象：石河子莫索灣氣象站農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務人員發(fā)現(xiàn)DZN2“（GStai-I）自動土壤水分觀測系統(tǒng)”多層逐時土壤水分曲線出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，軟件左下方顯示與服務器連接狀態(tài)為“斷開”。

解決方法：初步判斷為通訊故障，到設備安裝現(xiàn)場打開采集器箱檢查，發(fā)現(xiàn)儀器所有指示燈均正常閃爍，通訊模塊工作指示燈也正常，檢查SIM卡安裝牢靠，于是把SIM卡取出來插到手機上打電話聽取提示音，判斷為SIM卡欠費停機所致。重新給SIM卡續(xù)費后，數(shù)據(jù)傳輸恢復正常，故障期間未上傳的數(shù)據(jù)也都正常得以顯示。

1.2供電系統(tǒng)故障

故障現(xiàn)象：冬季“DZN2型自動土壤水分觀測系統(tǒng)”多層逐時土壤水分曲線再次中斷，軟件顯示與服務器連接中斷。

解決方法：現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)采集板上的電源指示燈不亮，黑色電源控制器上的3個指示燈：左邊的太陽能電池指示燈綠燈常亮，中間的電池狀態(tài)指示燈紅燈常亮，右邊負載指示燈熄滅，長按“電源”按鈕進行測試，顯示“B.”，據(jù)此判斷為電池電壓已經(jīng)過放，經(jīng)萬用表測量電瓶電壓嚴重不足，于是進一步排查充電裝置—太陽能板，發(fā)現(xiàn)太陽能板被積雪基本完全覆蓋，而近日又多連續(xù)陰霧天氣，根據(jù)經(jīng)驗，此太陽能板在白天陰天比較嚴重的情況下也能勉強維持工作，基本判定太陽能板被積雪覆蓋就是電池缺電的原因，用充電機對電瓶進行充電，用掃把和刮板把太陽能板上的積雪清掃干凈，下一整點數(shù)據(jù)恢復正常，在定期清掃太陽能板積雪的情況下，這個冬季再沒出現(xiàn)因電源問題而數(shù)據(jù)顯示中斷的故障。

1.3“DZN2型自動土壤水分觀測系統(tǒng)”多層逐時土壤水分曲線顯示值與實際明顯不符

故障現(xiàn)象：秋季“（GStai-I）自動土壤水分觀測系統(tǒng)”多層逐時土壤水分曲線突然出現(xiàn)忽低忽高的突變，部分層次數(shù)據(jù)明顯偏離實際。

解決方法：初步判斷為傳感器外套管內進水，將傳感器從PVC管中取出，發(fā)現(xiàn)外套管底部的確有部分積水，用長棍捆綁棉花和毛巾把底部的水吸干，使傳感器清潔干燥，故障依然。經(jīng)查相關說明書和資料，基于FDR（frequency domain reflectometry）頻域反射原理的土壤水分觀測儀是利用LC電路的振蕩，根據(jù)電磁波在不同介質中振蕩頻率的變化來測定介質的相對介電常數(shù)，進而通過一定的對應關系反演土壤水分狀況。FDR土壤水分傳感器由上下2個圓環(huán)狀極板構成一個LC振蕩回路，傳感器工作時可產(chǎn)生高頻振蕩電場，土壤含水量的變化，引起圓環(huán)電容周圍介質的介電特性變化，圓環(huán)電容傳感器感應的土壤電容值就會改變，從而引起LC振蕩器的振蕩頻率變化，傳感器把測得的高頻信號變換后即可得到土壤含水量[1]。于是進一步判斷為是秋天土壤水分觀測場所在作物地段8月份停止灌溉后，再加之深秋，新疆正值秋高氣爽季節(jié)，氣候干燥少雨，而晴天日最高氣溫還在30℃以上，有時還能達到35℃，這些因素綜合在一起致使儀器周圍的土壤干裂，從而導致LC振蕩器的振蕩頻率紊亂，多層逐時土壤水分曲線出現(xiàn)了忽高忽低的突變。把PVC管四周的土重新掩埋、夯實，使外管與土壤充分貼合，故障得以徹底排除。

2　針對常見故障，日常維護中需要注意的事項

2.1需對硬件進行維護

由于DZN2型自動土壤水分觀測儀的數(shù)據(jù)通過手機SIM卡進行數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡自動向中心站上傳，因此，日常只需對儀器硬件部分進行一定的維護即可，不存在軟件參數(shù)或設置的問題。

2.2定期給SIM卡續(xù)費

為避免SIM卡欠費停機，最好把一次續(xù)費周期盡量延長，并進行記錄，下次應提前足額續(xù)費。

2.3調整太陽能板仰角

冬季定期做好太陽能板積雪等雜物的清除，避免影響太陽能板的充電性能，保持太陽能板干凈無遮擋。廠家安裝的太陽能板的角度不太適合冬季北疆的氣候特點和太陽高度角，北疆的用戶可以改進一下，把太陽能板的傾斜角盡可能放大（接近與地面垂直），一是可以盡可能的減少或避免積雪的堆積，二是冬季北半球中低緯度太陽的高度角較低，太陽能板安裝接近與地面垂直，更利于本地冬季太陽能板的吸熱儲電，由于本地春夏秋三個季節(jié)光照充足，太陽能板的高度角不會影響這三個季節(jié)的工作性能。如果出現(xiàn)冬季長期連續(xù)陰霧不見太陽，太陽能板也無積雪，可以采取給蓄電池人工充電的方法度過冬季光照稀少的時段。

2.4定期檢查傳感器

定期把傳感器從套管中取出，如有水滴，需要清除干凈并進行防水處理，檢查時應將傳感器內放置的干燥劑進行更換，安裝套管內受潮或進水都會影響傳感器的正常工作，每年春季進行農(nóng)田灌溉前應仔細檢查傳感器安裝套管的防水情況，并用704硅橡膠對管壁與保護帽的接口處、接線口、螺絲口等處進行防水加固處理[2]。

2.5及時處理龜裂土壤，確保土壤與傳感器套管緊密接觸

表層土壤尤其是粘土發(fā)生嚴重干旱時會出現(xiàn)干裂現(xiàn)象，如發(fā)生干裂，應及時處理，否則傳感器外套管與土壤之間出現(xiàn)較大空隙，儀器觀測數(shù)據(jù)將會嚴重偏低，甚至達到零值。

龜裂的處理方法需將傳感器周圍20 cm內的土壤挖開至未開裂的深度，然后在附近選取松散的潮濕土壤進行回填，并將回填土壓實，確保土壤與傳感器套管緊密接觸。因為安裝好的傳感器的深淺位置是經(jīng)過計算且要固定的，所以對表層龜裂土壤及翻地松土處理時，傳感器保護蓋下沿要保持與土壤有2 cm的距離，過大或過小都會引起測量偏差。傳感器及其周圍土壤嚴禁使用任何諸如雜草、沙石等物質覆蓋，否則將會影響傳感器周圍土壤的蒸發(fā)或降水滲透，造成儀器觀測數(shù)據(jù)沒有代表性[3]。地處西北新疆的干旱半干旱地區(qū)的秋季作物地段停止灌溉后易容產(chǎn)生此現(xiàn)象，要引起注意。

3小結

自動土壤水分觀測是基層氣象臺站農(nóng)業(yè)氣象觀測中的一項長期而重要的工作內容，自動化、智能化是今后農(nóng)業(yè)氣象工作的發(fā)展方向，DZN2型自動土壤水分觀測儀是農(nóng)業(yè)氣象觀測中第一個實現(xiàn)自動觀測的項目，要在日常工作中做好儀器的常規(guī)維護工作。儀器對工作環(huán)境也有一定的要求，有些問題是儀器自身的故障，但多數(shù)問題是由于觀測業(yè)務人員維護不到位造成的，及時、必要的維護工作，是儀器正常穩(wěn)定工作的基礎，定期維護儀器及周圍的工作環(huán)境，加強相關業(yè)務學習和培訓，不斷提高農(nóng)業(yè)氣象服務業(yè)務人員對常見故障的判斷和解決能力，從而保障土壤水分自動觀測質量。

[1]冶林茂，吳志剛，牛素軍，等.GStar-型電容式土壤水分監(jiān)測儀設計與應用[J].氣象與環(huán)境科學，2008，31（3）：82-85.

[2]陳海.DZN2型自動土壤水分觀測儀常見問題分析[J].氣象與環(huán)境科學,2013，36（3）：54-57.

[3]薛龍琴，陳海波，師麗魁.河南省自動土壤水分觀測網(wǎng)的建設與運行管理[J].氣象與環(huán)境科學，2011，34（4）：84-87.

2016—07—13