一次DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀故障的判斷與處理

韓貴香，宋 敏，相 峰

山東省博興縣氣象局，山東博興 256500)

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一次DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀故障的判斷與處理

韓貴香，宋 敏，相 峰

山東省博興縣氣象局，山東博興 256500)

以一次DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的傳感器故障為例，對(duì)故障現(xiàn)象、故障的診斷和排除過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，總結(jié)了注意事項(xiàng)，為該設(shè)備的日常維護(hù)、故障排查等提供有利參考。

DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀；故障；判斷；處理

山東省土壤水分自動(dòng)觀測(cè)站網(wǎng)安裝運(yùn)行已有5年時(shí)間，期間各臺(tái)站陸續(xù)出現(xiàn)了各種問(wèn)題，通過(guò)對(duì)土壤水分自動(dòng)站故障問(wèn)題的研究和總結(jié)，初步形成了一些經(jīng)驗(yàn)結(jié)論和研究成果[1-4]。如孫作啟等[1]分析發(fā)現(xiàn)自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因主要有田間與傳感器處植被差異、傳感器不穩(wěn)定兩類。朱保美等[2]對(duì)DZN1自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行了歸納總結(jié)，并給出了相應(yīng)的故障排除方法。博興縣氣象局在2009年安裝了DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀，2010年進(jìn)行人工對(duì)比觀測(cè)1年，2011年開(kāi)始自動(dòng)土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)正式投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。儀器自安裝運(yùn)行以來(lái)，每日進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，定期進(jìn)行儀器維護(hù)，儀器總體運(yùn)行較穩(wěn)定，期間也出現(xiàn)過(guò)一些故障。筆者以2014年10月20 cm 傳感器出現(xiàn)的一次故障為實(shí)例，詳細(xì)闡述了該故障點(diǎn)的定位和處理方法，以期為維修保障業(yè)務(wù)人員提供技術(shù)建議。

1　故障判斷

1.1故障現(xiàn)象2014年10月13日15：00，值班員在使用自動(dòng)站數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，20 cm土壤相對(duì)濕度與上下層濕度相比明顯異常，當(dāng)時(shí)10、30 cm土壤相對(duì)濕度分別為78.9%和85.7%，40～80 cm層次相對(duì)濕度穩(wěn)定趨于100%，而20 cm僅有46.7%。查看此前土壤水分資料發(fā)現(xiàn)，20 cm土壤水分自10月8日起即出現(xiàn)異常，以相對(duì)濕度來(lái)說(shuō)明，自10月8日17：00開(kāi)始相對(duì)濕度突顯異常，由16：00的81.7%急劇變化為17：00的10.3%，之后各個(gè)時(shí)次的濕度忽大忽小毫無(wú)規(guī)律可言，而其他層次的土壤濕度變化則十分緩慢且有規(guī)律。由此判斷20 cm土壤濕度數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。

1.2故障初判鎖定故障點(diǎn)后去現(xiàn)場(chǎng)查看，發(fā)現(xiàn)土壤水分觀測(cè)儀所在地段已播種小麥，經(jīng)詢問(wèn)，該地段正是10月8日進(jìn)行了播種，與故障起始日期一致，但仔細(xì)觀察設(shè)備圍欄內(nèi)及外圍附近地表面并無(wú)碾壓破壞跡象，基本排除了因農(nóng)耕造成損壞的原因。打開(kāi)采集箱查看，電池滿格，電源接線牢固，排除電源故障。檢查采集器主板上傳感器端子連接是否有松動(dòng)發(fā)現(xiàn)，20 cm傳感器端子接入牢固。關(guān)閉采集器上的電源開(kāi)關(guān)，重新啟動(dòng)一次采集器，再?gòu)牟杉黠@示屏上讀取各層濕度，發(fā)現(xiàn)20 cm土壤濕度數(shù)據(jù)仍異常。經(jīng)過(guò)上述幾個(gè)方面的篩查，初步判斷是20 cm傳感器故障造成該層數(shù)據(jù)異常。與廠家技術(shù)人員溝通交流，一致認(rèn)為是傳感器方面的故障造成數(shù)據(jù)異常，只待進(jìn)一步確認(rèn)。

1.3故障確認(rèn)DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的安裝非常繁瑣，特別是傳感器端的安裝非常專業(yè)，必須把故障部件認(rèn)定準(zhǔn)確，才能最大限度地減少維修物力。在故障初判部分檢查數(shù)據(jù)傳輸正常，采集器顯示時(shí)間準(zhǔn)確，電池滿格，采集器重新啟動(dòng)后采集正常，因此，排除了傳輸模塊、電源系統(tǒng)及采集軟件出現(xiàn)故障的可能，故障確認(rèn)的關(guān)鍵是要確定是傳感器故障還是傳感器連接采集器的接口端子故障，因傳感器埋于地下，沒(méi)有直接測(cè)量的方法，所以采取先測(cè)定傳感器接口端子的方法進(jìn)行排除。測(cè)定方法為：①測(cè)定前記錄下開(kāi)始時(shí)間及當(dāng)時(shí)各層次的土壤濕度值。②在采集器上找到20 cm傳感器的接入端口，將傳感器接線端子中的+腳與-腳自采集器接線端子上擰下，用萬(wàn)用表DC電壓2 V檔測(cè)量電纜接線端子+腳與-腳之間的電壓，電壓為0～1.2 V，說(shuō)明20 cm傳感器有數(shù)據(jù)采集，但不能確定傳感器是否異常。③將采集器上10 cm 傳感器的接入端拔下，將其插在20 cm對(duì)應(yīng)的采集器端口，讀取顯示的層次濕度值，該值實(shí)為10 cm的濕度值，與開(kāi)始記錄的10 cm濕度值進(jìn)行比較，結(jié)果數(shù)據(jù)顯示一致，證明20 cm的采集器接入端口正常，也就確定了是由于20 cm 傳感器端的故障造成了該層采集數(shù)據(jù)的異常。④將10 cm 傳感器接入端重新插回10 cm對(duì)應(yīng)的采集器端口，再次讀取一次當(dāng)前濕度值，保證數(shù)據(jù)一致，確保接入正常。經(jīng)過(guò)上述測(cè)定，排除了采集器的20 cm接入端口故障，因此，故障點(diǎn)定位為20 cm傳感器損壞造成該層次的數(shù)據(jù)異常，需更換傳感器以排除故障。

2　故障排除

DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的傳感器與電纜線集成一體，感應(yīng)端外形粗大，更換時(shí)要求在不影響其他層次的傳感器和電纜線的情況下更換，技術(shù)關(guān)鍵是準(zhǔn)確地挖出該層傳感器的土壤拋面和進(jìn)行地下穿線。在傳感器更換前要記錄下開(kāi)始時(shí)間，并記錄下當(dāng)時(shí)各層次的數(shù)據(jù)，然后關(guān)閉采集器。在更換數(shù)據(jù)采集器以外部件時(shí)，應(yīng)先切斷采集器的電源，以免在更換部件過(guò)程中出現(xiàn)短路，造成其他的系統(tǒng)故障。

2.1引線穿線根據(jù)安裝時(shí)做的標(biāo)示先找到地下埋置的pvc管，將兩端口處挖土露出電纜線，將端口內(nèi)淤積的土壤清理干凈以備穿線。將20 cm傳感器的接入端從采集器上拆下，用一根足夠長(zhǎng)的較軟金屬線與接入端綁在一起，用膠帶粘牢固作為引線。先從離采集器較近的pvc 管口輕輕將20 cm的電纜線從采集器端拉出，注意先確定好是哪根線，拉線時(shí)動(dòng)作要輕緩，再?gòu)膒vc管的另一端將線拉出。將綁定的引線拆下，再與新的傳感器接入端電纜綁牢固，因引線已預(yù)留，即可用引線另一端將新的傳感器電纜線輕松地拉到采集器端。然后將信號(hào)線的接入端子檢查固定好，插入采集器相應(yīng)端口。

2.2挖剖面更換傳感器在傳感器端，順著舊的傳感器電纜線小心地挖土，先找到初安裝時(shí)做的縱向溝槽，再找到電纜線拐彎的點(diǎn)，即安裝時(shí)的土壤剖面位置。確定了位置后在地表面劃好標(biāo)示線，輕輕向下挖土壤剖面，因要更換的是20 cm 深度的傳感器，至少要挖到30 cm的深度才能伸開(kāi)手操作。挖剖面時(shí)動(dòng)作要輕緩，保證不影響到10和30 cm層的儀器和電纜線。剖面挖好后，將原20 cm的傳感器從剖面中拔出，要盡量不破壞原土層。然后將新的傳感器慢慢插入原安裝孔，操作時(shí)可在傳感器底部套入專用的電木底座，然后用手在水平方向推進(jìn)傳感器尾部，推到傳感器不動(dòng)為止，如土壤緊密度較高、手動(dòng)插入難度較大時(shí)，可用木槌輕輕敲擊電木底座，當(dāng)電木底座的電纜槽與剖面平齊時(shí)，說(shuō)明傳感器安裝到位，再將新傳感器的電纜線沿原來(lái)的溝槽用線卡固定好，但新傳感器的引線在線槽中不宜拉的太直，應(yīng)以S型布置，或留有部分余量，避免將來(lái)回填土沉降后將傳感器引線拉斷[5]。

2.3開(kāi)機(jī)檢查啟動(dòng)采集器，依次讀取各層次的濕度值，與安裝前的數(shù)值進(jìn)行比較，除20 cm外，其余各層次的值均與始值一致，說(shuō)明安裝過(guò)程未影響到其他層次。 20 cm傳感器更換后數(shù)值與始值有明顯變化，經(jīng)與上下層的濕度值進(jìn)行比較，其濕度值略偏低。分析其原因可能是剛剛安裝的20 cm傳感器示值還不穩(wěn)定，需要一段時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)，其次就是新更換的傳感器可能需要一個(gè)訂正值，這就是為什么每個(gè)新的自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀正式運(yùn)行前需要進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，再由廠家根據(jù)自動(dòng)觀測(cè)和人工觀測(cè)的偏差情況確定是否進(jìn)行訂正，如需要訂正，則由廠家根據(jù)偏差給出訂正值，并通過(guò)省局信息中心軟件修改臺(tái)站參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.4土壤回填傳感器更換完畢，檢查無(wú)誤，將挖出的土按照原層次填回，盡量保證各層土壤不混淆，并將填回的土壓實(shí)，以恢復(fù)土壤的緊密度，避免降雨時(shí)出現(xiàn)土壤沉降。最后清潔整理好現(xiàn)場(chǎng)，再次讀取各層數(shù)據(jù)并確認(rèn)正常。

3　結(jié)語(yǔ)

由于自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀日常運(yùn)行較穩(wěn)定，在故障時(shí)特別是發(fā)生數(shù)據(jù)異常故障時(shí)不容易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，所以各臺(tái)站要加強(qiáng)定期巡視檢查和維護(hù)，堅(jiān)持定時(shí)查看上傳數(shù)據(jù)，以便在儀器發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及早排除。設(shè)備保障業(yè)務(wù)人員在工作中要特別注意理論聯(lián)系實(shí)際，既要明確儀器探測(cè)原理和軟硬件構(gòu)成，又要在日常維護(hù)時(shí)多觀察、多實(shí)踐，注意積累和總結(jié)維護(hù)維修工作經(jīng)驗(yàn)。在遇到技術(shù)問(wèn)題時(shí)，多向廠家技術(shù)人員咨詢，確保故障判斷準(zhǔn)確，切忌盲目操作，在更換儀器時(shí)可提前列出操作步驟，以避免在忙亂中操作而引起其他系統(tǒng)故障。

[1] 孫作啟，陳立春，范慶東.DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法研究[J].山東氣象，2015，35(4)：57-59.

[2] 朱保美，周清.DZN1自動(dòng)土壤水分觀測(cè)及其維護(hù)與維修[J].氣象水文海洋儀器，2011，28(1)：124-128.

[3] 劉彬，郭海濤，涂愛(ài)琴，等.DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的組成與故障排除方法[J].山東氣象，2015(2)：61-63.

[4] 張朝昌，杜衍君，張文斌.DZN1野外式自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀常見(jiàn)故障分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(15)：7025-7027.

[5] 上海長(zhǎng)望氣象科技股份有限公司.DZN1型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀安裝維修維護(hù)手冊(cè)[Z].上海：上海長(zhǎng)望氣象科技股份有限公司，2009：7-10.

Judgement and Treatment of a Fault of DZN1 Automatic Soil Moisture Observer

HAN Gui-xiang, SONG Min, XIANG Feng

Boxing Meteorological Bureau, Boxing, Shandong 256500)

The phenomenon, diagnosis and removal of a sensor fault of DZN1 automatic soil moisture observer were analyzed in detail, and the matters needing attention were summarized to provide scientific

for the routine maintenance and fault elimination of equipment.

DZN1 automatic soil moisture observer; Fault; Judgement; Treatment

韓貴香(1977- )，女，山東博興人，工程師，從事氣象基礎(chǔ)業(yè)務(wù)工作。

2016-07-06

S 163+.5

A

0517-6611(2016)26-0173-02