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(cè)儀常見(jiàn)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(dòng)土壤水分觀測(cè)儀代替了以往人工取土測(cè)量土壤體積含水量的工作，并可測(cè)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(chǔ)及傳輸。DZN2（GStar-I）型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于全國(guó)各地氣象臺(tái)站的農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)中，較好地滿(mǎn)足了各地農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)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(tái)站，通過(guò)對(duì)近3年來(lái)在運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)歸納，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)問(wèn)題是維護(hù)不到位造成的，部分是儀器自身故障。通過(guò)故障分析,并結(jié)合北疆的氣候特點(diǎn)，提出DZN2（GStar-I）型土壤水分觀測(cè)儀的一些常見(jiàn)故障排除方法，日常維護(hù)中要注意和改進(jìn)的事項(xiàng)。

DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀；故障；排除；維護(hù)

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(cè)業(yè)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)DZN2“（GStai-I）自動(dòng)土壤水分觀測(cè)系統(tǒng)”多層逐時(shí)土壤水分曲線出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，軟件左下方顯示與服務(wù)器連接狀態(tài)為“斷開(kāi)”。

解決方法：初步判斷為通訊故障，到設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)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(lái)插到手機(jī)上打電話聽(tīng)取提示音，判斷為SIM卡欠費(fèi)停機(jī)所致。重新給SIM卡續(xù)費(fèi)后，數(shù)據(jù)傳輸恢復(fù)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(dòng)土壤水分觀測(cè)系統(tǒng)”多層逐時(shí)土壤水分曲線再次中斷，軟件顯示與服務(wù)器連接中斷。

解決方法：現(xiàn)場(chǎng)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(gè)指示燈：左邊的太陽(yáng)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(fù)載指示燈熄滅，長(zhǎng)按“電源”按鈕進(jìn)行測(cè)試，顯示“B.”，據(jù)此判斷為電池電壓已經(jīng)過(guò)放，經(jīng)萬(wàn)用表測(cè)量電瓶電壓嚴(yán)重不足，于是進(jìn)一步排查充電裝置—太陽(yáng)能板，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能板被積雪基本完全覆蓋，而近日又多連續(xù)陰?kù)F天氣，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此太陽(yáng)能板在白天陰天比較嚴(yán)重的情況下也能勉強(qiáng)維持工作，基本判定太陽(yáng)能板被積雪覆蓋就是電池缺電的原因，用充電機(jī)對(duì)電瓶進(jìn)行充電，用掃把和刮板把太陽(yáng)能板上的積雪清掃干凈，下一整點(diǎn)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，在定期清掃太陽(yáng)能板積雪的情況下，這個(gè)冬季再?zèng)]出現(xiàn)因電源問(wèn)題而數(shù)據(jù)顯示中斷的故障。

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

故障現(xiàn)象：秋季“（GStai-I）自動(dòng)土壤水分觀測(cè)系統(tǒng)”多層逐時(shí)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(shí)際。

解決方法：初步判斷為傳感器外套管內(nèi)進(jìn)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(zhǎng)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(guān)說(shuō)明書(shū)和資料，基于FDR（frequency domain reflectometry）頻域反射原理的土壤水分觀測(cè)儀是利用LC電路的振蕩，根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中振蕩頻率的變化來(lái)測(cè)定介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，進(jìn)而通過(guò)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系反演土壤水分狀況。FDR土壤水分傳感器由上下2個(gè)圓環(huán)狀極板構(gòu)成一個(gè)LC振蕩回路，傳感器工作時(shí)可產(chǎn)生高頻振蕩電場(chǎng)，土壤含水量的變化，引起圓環(huán)電容周?chē)橘|(zhì)的介電特性變化，圓環(huán)電容傳感器感應(yīng)的土壤電容值就會(huì)改變，從而引起LC振蕩器的振蕩頻率變化，傳感器把測(cè)得的高頻信號(hào)變換后即可得到土壤含水量[1]。于是進(jìn)一步判斷為是秋天土壤水分觀測(cè)場(chǎng)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(shí)還能達(dá)到35℃，這些因素綜合在一起致使儀器周?chē)耐寥栏闪?，從而?dǎo)致LC振蕩器的振蕩頻率紊亂，多層逐時(shí)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(shí)，使外管與土壤充分貼合，故障得以徹底排除。

2　針對(duì)常見(jiàn)故障，日常維護(hù)中需要注意的事項(xiàng)

2.1需對(duì)硬件進(jìn)行維護(hù)

由于DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)SIM卡進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)向中心站上傳，因此，日常只需對(duì)儀器硬件部分進(jìn)行一定的維護(hù)即可，不存在軟件參數(shù)或設(shè)置的問(wèn)題。

2.2定期給SIM卡續(xù)費(fèi)

為避免SIM卡欠費(fèi)停機(jī)，最好把一次續(xù)費(fèi)周期盡量延長(zhǎng)，并進(jìn)行記錄，下次應(yīng)提前足額續(xù)費(fèi)。

2.3調(diào)整太陽(yáng)能板仰角

冬季定期做好太陽(yáng)能板積雪等雜物的清除，避免影響太陽(yáng)能板的充電性能，保持太陽(yáng)能板干凈無(wú)遮擋。廠家安裝的太陽(yáng)能板的角度不太適合冬季北疆的氣候特點(diǎn)和太陽(yáng)高度角，北疆的用戶(hù)可以改進(jìn)一下，把太陽(yáng)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(yáng)的高度角較低，太陽(yáng)能板安裝接近與地面垂直，更利于本地冬季太陽(yáng)能板的吸熱儲(chǔ)電，由于本地春夏秋三個(gè)季節(jié)光照充足，太陽(yáng)能板的高度角不會(huì)影響這三個(gè)季節(jié)的工作性能。如果出現(xiàn)冬季長(zhǎng)期連續(xù)陰?kù)F不見(jiàn)太陽(yáng)，太陽(yáng)能板也無(wú)積雪，可以采取給蓄電池人工充電的方法度過(guò)冬季光照稀少的時(shí)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(jìn)行防水處理，檢查時(shí)應(yīng)將傳感器內(nèi)放置的干燥劑進(jìn)行更換，安裝套管內(nèi)受潮或進(jìn)水都會(huì)影響傳感器的正常工作，每年春季進(jìn)行農(nóng)田灌溉前應(yīng)仔細(xì)檢查傳感器安裝套管的防水情況，并用704硅橡膠對(duì)管壁與保護(hù)帽的接口處、接線口、螺絲口等處進(jìn)行防水加固處理[2]。

2.5及時(shí)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(yán)重干旱時(shí)會(huì)出現(xiàn)干裂現(xiàn)象，如發(fā)生干裂，應(yīng)及時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)將會(huì)嚴(yán)重偏低，甚至達(dá)到零值。

龜裂的處理方法需將傳感器周?chē)?0 cm內(nèi)的土壤挖開(kāi)至未開(kāi)裂的深度，然后在附近選取松散的潮濕土壤進(jìn)行回填，并將回填土壓實(shí)，確保土壤與傳感器套管緊密接觸。因?yàn)榘惭b好的傳感器的深淺位置是經(jīng)過(guò)計(jì)算且要固定的，所以對(duì)表層龜裂土壤及翻地松土處理時(shí)，傳感器保護(hù)蓋下沿要保持與土壤有2 cm的距離，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)引起測(cè)量偏差。傳感器及其周?chē)寥绹?yán)禁使用任何諸如雜草、沙石等物質(zhì)覆蓋，否則將會(huì)影響傳感器周?chē)寥赖恼舭l(fā)或降水滲透，造成儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)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(jié)

自動(dòng)土壤水分觀測(cè)是基層氣象臺(tái)站農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)中的一項(xiàng)長(zhǎng)期而重要的工作內(nèi)容，自動(dòng)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(dòng)土壤水分觀測(cè)儀是農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)中第一個(gè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)的項(xiàng)目，要在日常工作中做好儀器的常規(guī)維護(hù)工作。儀器對(duì)工作環(huán)境也有一定的要求，有些問(wèn)題是儀器自身的故障，但多數(shù)問(wèn)題是由于觀測(cè)業(yè)務(wù)人員維護(hù)不到位造成的，及時(shí)、必要的維護(hù)工作，是儀器正常穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)，定期維護(hù)儀器及周?chē)墓ぷ鳝h(huán)境，加強(qiáng)相關(guān)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，不斷提高農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)業(yè)務(wù)人員對(duì)常見(jiàn)故障的判斷和解決能力，從而保障土壤水分自動(dòng)觀測(cè)質(zhì)量。

[1]冶林茂，吳志剛，牛素軍，等.GStar-型電容式土壤水分監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2008，31（3）：82-85.

[2]陳海.DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀常見(jiàn)問(wèn)題分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2013，36（3）：54-57.

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

2016—07—13