DZN1型自動土壤水分觀測儀的維護與維修

張有菊 劉新彥 王華

摘要? DZN1型自動土壤水分觀測儀極大地提高了土壤水分觀測的質量和效率。為了使設備正常運行，及時解決故障，提高業務人員的維護維修能力，從通訊模塊、傳感器、采集器、太陽能供電系統等方面分析自動土壤水分觀測儀運行過程中的常見故障、處理方法以及維護過程中的注意事項。

關鍵詞 自動土壤水分觀測儀;維護;維修

中圖分類號：S152.7;S237 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）06-115-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.06.054

Maintenance and Repair of Automatic Soil Mois ture Observation Instru ment

ZHANG You-ju? et al（Jiyang District Meteorological Bureau of Shandong Province，Jiyang， Shandong 251400）

Abstract Automatic soil moisture observation instrument（DZN1 type） has greatly improved quality and efficiency of soil moisture observation. In order to ensure normal operation of equipment， solve problems in time and improve maintenance ability of operators， common faults， treatment methods and attention in maintenance process of automatic soil moisture observation instrument were analyzed from the aspects of communication module， sensor， collector and solar energy electrical system.

Key words? ?Automatic soil moisture observation instrument; Maintenance;Repair

自2009年11月起，山東省氣象部門逐步在全省國家級農業氣象觀測站固定地段和作物地段，分別安裝了DZN1型自動土壤水分觀測儀。自動土壤水分觀測儀取代了傳統的烘干稱重法，縮短了土壤水分的測定時間，減輕了業務人員的工作強度，提高了土壤水分數據的連續性和及時性。因此，自動土壤水分觀測儀的正常運行是保證土壤水分資料完整性的關鍵環節，根據近年來濟陽區氣象局自動土壤水分觀測儀日常維護及運行中的常見故障，提出解決辦法，供氣象臺站及業務人員作為參考，以便正確判斷故障原因，及時排除故障，保證設備正常運行。

1 自動土壤水分觀測儀的工作原理

濟陽區氣象局采用的DZN1型自動土壤水分觀測儀（上海長望氣象科技有限公司生產）是應用FDR原理，集土壤水分測量傳感器和總線式數據采集技術于一體的土壤水分自動化測量系統，其技術指標符合中國氣象局土壤水分觀測儀的設計要求[1]。該儀器可廣泛應用于氣象、生態、農業、地質災害等領域的探測與研究。

2 自動土壤水分觀測儀的組成

自動土壤水分觀測儀由硬件和軟件組成，硬件包括采集器、傳感器和外圍設備3部分;軟件包括采集軟件和計算機軟件。

3 自動土壤水分觀測儀的常見故障及排除

3.1 GPRS模塊常見故障及排除

DZN1型自動土壤水分觀測儀大多安裝在作物地段上，由移動公司提供網絡服務[2]，主要通過GPRS無線通信方式直接上傳到中心站。GPRS無線傳輸模塊安裝在各監測網外站的儀器箱內，使用前需要對其內部的IP地址、端口號、身份驗證碼等參數進行設置，設置完成后安裝好通訊卡，該模塊就可以自動與中心站計算機進行網絡連接，將觀測數據傳輸到中心站[3]。如果網絡出現問題，則無法上傳數據。

濟陽區氣象局共安裝2個DZNI型自動土壤水分觀測儀，分別安裝在固定地段（D6811）和作物地段（D6814）。2016年8月2日12：00，D6814站出現故障，電源電壓、傳感器、采集器、網絡狀態都正常，只有傳輸狀態欄觀測數據顯示缺測。此時首先檢查無線傳輸模塊內的SIM卡是否欠費或損壞，經查無欠費，又將SIM卡取出安裝到手機上，開機后觀察是否有網絡信號，若信號正常，表示SIM卡正常，否則更換SIM卡。再試發1條短信，如果能夠接收短信，表示SIM卡正常。再檢查無線傳輸模塊的信號發射天線是否丟失。在上述檢查都正常的情況下，最后查看無線傳輸模塊的指示燈情況，如果為紅色常亮，表示模塊正常，否則損壞。通過逐項排查，最終確定是傳輸模塊損壞，本站業務人員立即更換了備份的無線傳輸模塊。更換后及時查看各層的相對濕度、體積含水量、重量含水率與自動水分監測系統的數據是否相同，經查看完全一致，當日14：00數據傳輸正常。另有幾次出現數據不能正常上傳的現象，經檢查發現SIM卡有松動、沾染污漬等現象，立即將SIM卡取出擦凈后，再重新安裝上，數據上傳恢復正常。

3.2 傳感器常見故障及排除

土壤濕度傳感器采用世界先進的頻域反射技術（FDR），具有精密、可靠、耐用、無放射性污染源等優勢。傳感器使用環保材料制成，全密封，可長期埋設在地下任意深度連續測量[1]。在傳感器出現的常見故障中，結合土壤水分傳感器原理，正確分析傳感器故障與傳感器安裝不當引起的土壤濕度變化[2]。如果某層數據出現異常，現場查看時應將該層所在通道插頭拔下，插入正常通道，查看數據是否正常，以判斷該層故障。

（1）2015年8月16日10：00，濟陽區氣象局D6811站各層數據出現異常偏大現象，當日9：00各層土壤相對濕度正常數據在70%～99%之間， 10：00起各層數據分別上升為126%、113%、116%、75%、113%、106%、120%、135%，僅有30～40 cm深度土壤相對濕度偏小，其他各層數據都偏大。業務人員發現自動水分站出現故障后立即進行了實地檢查，逐項排查查找原因，經查看自動水分監測系統，顯示電源電壓、采集器、網絡狀態都正常，傳感器狀態顯示故障。業務人員先將30～40 cm深度相對濕度顯示最小的傳感器進行試換，現場斷開電源，拔下在30～40 cm深度的第4通道插頭，插入正常10 cm或20 cm傳感器插頭，顯示正常;再把30～40 cm深度傳感器插頭插入正常10 cm或20 cm通道，顯示結果不正常，由此判斷30～40 cm深度土壤水分傳感器出現故障。更換傳感器后數據恢復正常，故障排除。

（2）2016年5月25日0：00，濟陽區氣象局D6814站50～60 cm深度土壤相對濕度顯著偏小，查看自動水分監測系統，土壤相對濕度從83%驟降到18%。業務人員發現后及時查找原因，現場斷開電源，拔下在50～60 cm深度的第6通道插頭，插入正常40 cm或50 cm傳感器插頭，顯示結果正常;再把50～60 cm傳感器插入正常的30～40 cm通道，顯示結果不正常，由此判定50～60 cm深度土壤水分傳感器損壞。及時更換傳感器后數據恢復正常，故障排除。

3.3 采集器常見故障及排除

數據采集器是DZN1型自動土壤水分觀測儀的核心部件，其主要功能是完成各層土壤水分傳感器的采樣，對采集數據進行控制運算、數據計算處理、數據質量控制、數據記錄存儲，實現數據通信和傳輸[1]。采集器具備自檢、自診斷功能，包括電源電壓狀態監測、傳感器狀態監測、通訊狀態監測。內有標準CF卡可存儲60 d的整點測量數據和平均數據。

2014年濟陽區氣象局出現了一次采集器故障，首先檢查數據采集器的供電是否正常，查看采集器顯示面板下方的輸入電源燈是否為紅色常亮，常亮則表示電源輸入正常;再查看土壤水分傳感器供電是否正常，若指示燈在每分鐘第47秒點亮，表示傳感器供電正常[3]。逐步更換數據采集器以外的部件，若觀測儀仍然無法正常工作，可判斷為采集器損壞。業務人員更換采集器后，數據恢復正常，故障排除。

3.4 太陽能供電系統常見故障及排除

DZN1型自動土壤水分觀測儀在野外很難得到穩定的供電，故采用太陽能供電系統，其由太陽能電池板、太陽能充電控制器和蓄電池組成[1]。一塊12 V、17 AH的蓄電池在電量充滿的情況下可以保證觀測儀連續工作4～6 d。太陽能充電控制器將太陽能電池板和蓄電池連接在一起，可以顯示太陽能電池的工作情況以及蓄電池的可用容量，在有太陽光照的情況下負責給蓄電池充電并為設備供電。

當太陽能供電系統出現問題后，觀測儀仍然能依靠蓄電池的電量正常工作4～6 d，之后將停止工作。這種情況下，可能是太陽能電池板或充電控制器損壞，造成設備因供電中斷而停止工作。在連續陰雨無日照的情況下，電壓低于12 V時，觀測儀易出現工作不正常現象。

在日常工作中，太陽能電池板表面應保持清潔無破損，表面應沒有阻礙陽光的沙塵、鳥糞及農作物枝葉等雜物，以確保太陽能電池板能夠得到足夠的陽光。應經常檢查太陽能供電系統的各個接線是否牢固、是否出現脫落，在有陽光的情況下，用萬用表直流檔分別測量太陽能電池板的輸出電壓、太陽能充電控制器的輸出電壓和蓄電池的電壓，都應在12～15 V之間;在連續陰雨無日照的情況下，注意觀察電池的電量，小于12 V時應及時更換充滿電量的備份電池，以確保觀測儀正常運行。

2015年11月15日20：00，濟陽區氣象局發現 DZN1型自動土壤水分觀測儀未能正常上傳數據。運行狀態顯示蓄電池電壓過低，傳感器狀態、采集器狀態均正常。出現故障后，業務人員及時更換蓄電池后，數據上傳恢復正常。

4 結語

在實際工作中，DZNI型自動土壤水分觀測儀的故障形式多種多樣，出現故障首先可參照故障診斷和排除流程，分析判斷故障及排除方法。其次，臺站工作人員在日常維護維修中應不斷積累經驗，在自動土壤水分觀測儀運行過程中，應多觀察，多分析，多動腦，多動手，及時總結故障排除方法，不斷提高維護維修能力。再次，臺站應準備自動土壤水分觀測儀的常用備件，出現故障力爭在第一時間排除，特殊情況下，硬件應返廠維修，臺站業務人員平時應多與廠家溝通，及時排除故障，提高土壤水分數據的傳輸率。

參考文獻

[1] 上海長望氣象科技有限公司.DZN1型自動土壤水分觀測儀使用手冊[S]上海：上海長望氣象科技有限公司，2009.

[2] 張朝昌.杜銜君.張斌.DZN1野外式自動土壤水分觀測儀常見故障分析[J].安徽農業科學，2013，41（15）： 7025-7027.

[3] 劉彬，郭海濤，涂愛琴，等.DZN1型自動土壤水分觀測儀的組成與故障排除方法[J].山東氣象，2015，35（2）：61-63.