DFC1型光電式數字日照計常見故障檢修及維護方法

解 帥，唐玉強，齊元元

（伊犁州氣象局，新疆 伊寧 835000）

0 引言

日照是指太陽在一地實際照射的時數，它是表征當地氣象狀況和氣候特點的重要氣象要素，為天氣預報、氣候分析、氣象服務等提供重要依據[1]，是各氣象臺站均須觀測的項目之一。2018 年以前普遍采用的是暗筒式日照計人工觀測，2018 年各氣象臺站普遍布設光電式數字日照計，它能實現日照的自動連續觀測，具有精度高、功耗低、運行穩定等特點，有效避免了人工主觀性的影響。2019 年7 月1日起，新疆50個氣象臺站正式開展地面氣象觀測自動化改革單軌運行，日照以光電式數字日照計自動觀測數據作為正式觀測記錄，取消日照人工觀測。新型光電式數字日照計運行近2 年以來，整體運行穩定，但部分氣象臺站出現過因故障造成數據中斷、偏差等現象，部分業務人員對設備原理及檢修知識了解較少，對于突發的故障問題不能快速有效解決。故本文以伊犁本地10 個氣象臺站布設的DFC1 型光電式數字日照計為例，結合實際經驗，分析總結了在業務運行中常見故障的檢修方法及維護要點。

1 結構及原理

1.1 系統結構

如圖1 所示，DFC1 型光電式數字日照計主要由FS -RZ1 日照傳感器、數據調試模塊、通信模塊、供電模塊和安裝附件組成。供電模塊將交流電源轉換為直流電為傳感器和其他組件供電，并為蓄電池充電。傳感器通過測量總輻射和散射輻射得到太陽直接輻射輻照度，再與120 W/m2的閾值進行比較，輸出高低電平（1V/0V）和RS -232 信號。數據調試模塊提供本地調試接口，用于設置傳感器參數和讀取日照數據。通信模塊包括光纖轉換模塊和多模光纖跳線等，將日照RS-232 信號進行光電轉換，通過光纖傳輸至串口服務器對應串口，同自動氣象站、降水現象儀等數據匯總傳輸至終端計算機[2]。

圖1 DFC1型光電式數字日照計系統框圖

1.2 FS-RZ1日照傳感器測量原理

如圖2 所示，3 個帶有圓柱形漫射器的光電管D1、D2和D3分別安置在同一軸線上，并通過遮光罩及其入射窗W1 和W2 對入射到D2 和D3 上的輻射進行約束。D1 在360 度的環形范圍內接收總輻射，D2 和D3 接收環形范圍內不同方向上的輻射，而太陽直接輻射只能照射到D2 和D3 中的一只，其中較小的一個即為散射輻射。直接輻射為總輻射和散射輻射的差值，當直接輻射輻照度≥120 W/m2時算作有日照。

圖2 DFC1型光電式數字日照計測量原理圖

2 常見故障檢修流程

造成日照數據缺測或異常等問題的因素有很多，當發現主站ISOS 軟件日照數據采集出現故障時，應及時切換備站數據，主備站同時故障時需啟動人工日照計觀測，并進行檢修。

2.1 日照數據缺測

2.1.1串口服務器至室內終端機傳輸中斷

當ISOS 軟件中日照數據顯示缺測時，首先考慮終端計算機至串口服務器之間的信號傳輸是否中斷。檢查ISOS 軟件首頁界面的指示燈和數據顯示是否正常，自動站、降水現象儀等其他串口數據是否正常采集。若其他數據正常采集則進行下一步檢查，若其他數據同時缺測則需對終端計算機至串口服務器之間各組件進行分段檢查。

準備筆記本電腦、網線或串口連接線，筆記本電腦需安裝SSCOM 串口調試軟件和相關驅動。首先用筆記本電腦連接室內光纖通信盒，打開SSCOM串口調試軟件，選擇自動站、降水現象儀或日照任意一個接口，串口參數設為9600、N、8、1。發送常規命令TIME 或DATE 等，若回復正常則是終端機至室內光纖通信盒之間網線或終端機出問題，檢查終端機、網線等組件是否正常；若無回復繼續連接觀測場串口服務器重復命令操作，如果命令回復正常則可能是連接室內的光纖接錯或中斷，如果無回復則是串口服務器出問題，需要重啟串口服務器或檢查其供電、信號電纜等。

2.1.2ISOS軟件串口參數錯誤

檢查ISOS軟件中日照的串口號是否和PORT口對應，串口參數是否為9600、N、8、1，若正常進行下一步檢查。

2.1.3供電模塊故障

準備萬用表，依次檢查觀測場供電箱內日照計交流供電、日照計機箱內交流輸入、變壓器直流輸出、蓄電池直流電壓和傳感器負載電壓、光纖轉換器供電電壓是否正常（交流供電154～286 V，直流9～15 V），如果都正常則進行下一步檢查。

傳感器負載電壓可通過測量調試模塊底部紅棕線電壓或直接觀察FS -RZ1 日照傳感器底部指示燈閃爍情況判斷，若指示燈長暗，則表示供電異常，同時判斷傳感器至機箱調試模塊是否通信異常（1/4 秒快閃為通信異常，秒閃為正常），若異常需要檢查連接線纜是否斷路和航空頭是否松動。

2.1.4日照計機箱至串口服務器傳輸中斷

在ISOS 軟件的維護終端和串口服務器端，向日照計發送READDATA 命令，如果均不能正常回復，但在日照計機箱內的調試模塊端可以正常回復數據，則是日照計機箱到串口服務器間的傳輸中斷。若調試模塊端不能正常回復數據，進行下一步檢查。

檢查日照計機箱至串口服務器之間的光纖線序是否交叉，兩端的光纖轉換器供電是否正常，撥碼開關是否為1-on、2-off、3-off、4-off，對應RS-232線序是否正確。若以上均正常，將日照計機箱內光纖轉換器RS-232 的Rx、Tx 線短接，在串口服務器端發送任意字符如TEST，如果回復TEST 則表示光纖暢通，進行下一步檢查。若無回復更換機箱內的光纖轉換器繼續短接測試，以確定是光纖中斷或光纖轉換器故障。

2.1.5日照傳感器故障

在ISOS 軟件的維護終端、串口服務器端和機箱內調試模塊分別發送READDATA 命令，如果均是回復亂碼或無回復，用萬用表直流電壓檔測量調試模塊下方傳感器信號模擬量輸出（黃綠線），有日照時應輸出高電平（1V），無日照時應輸出低電平（0V），測量結果與另一臺主/備站傳感器數據進行對比，若不相符說明該傳感器出現故障，必要時更換備件進行測試，以確定是否故障。當確定為傳感器故障時應及時聯系廠家維修。

2.2 日照數據偏差較大

2.2.1參數設置錯誤

當主備站日照傳感器數據偏差較大時，首先需要檢查ISOS 軟件和傳感器的經緯度、時差、時間等設置是否正確，若設置無誤進行下一步檢查。

2.2.2傳感器污染

在ISOS 軟件維護終端發送READDATA 命令，檢查設備狀態碼是否正常，若設備狀態碼判別為“污染”，需要現場檢查數字日照計的光學鏡筒是否有灰塵或污垢，若有用軟布進行清潔。若設備狀態碼正常進行下一步檢查。

2.2.3傳感器安裝不規范

現場檢查日照傳感器的對稱軸線與南北方向是否平行、傳感器是否水平及緯度傾角是否精確。

2.2.4傳感器故障

如果以上檢查均正常，偏差較大原因可能是由傳感器采集電路溫漂嚴重或光電感應器件老化造成，需要返廠校準或維修。

2.3 傳感器光學鏡筒起霧或結霜

2.3.1自動加熱功能關閉

在ISOS 軟件維護終端用“CPDEV”命令查看加熱控制配置情況，如返回值第二位為“0”，表示加熱禁用，用命令“CPDEV 0 2//30-30”或“CPDEV 1 2 6 14 30-30”恢復加熱配置。

2.3.2供電電壓不足

如果通過命令查看加熱控制配置無誤，繼續檢查日照機箱內調試模塊下方的加熱電源（白灰線）是否低于電壓閾值12 V，如低于電壓閾值表明供電電壓不足，需按2.1.3中步驟檢查供電模塊故障。如電壓正常，電路內部溫度檢查異常或加熱控制元件故障，需聯系廠家更換相應元件。

3 日常維護

為保證傳感器測量數據可靠性，應在ISOS 軟件中設置“日照缺測”“狀態異常”“供電中斷”等報警參數，保證在無人值守情況下設備異常時能夠及時發現。同時應定期對傳感器進行檢查維護。檢查維護內容有：傳感器光學鏡筒的污染情況，在日出前或日落后進行清潔；雨、雪、霧、霜、露等天氣下應及時擦除光學鏡筒上的雨雪和凝結物；每周檢查干燥劑倉底部的濕度指示卡，當顏色由藍色變成粉色時，需要及時更換上下兩端的干燥劑；定期檢查儀器的水平、方位和緯度等是否正確，發現問題及時糾正；每年定期對設備防雷接地進行檢測，接地電阻應符合防雷要求；傳感器使用2 年以上應由廠家或相應機構進行校準。

4 結語

隨著中國氣象觀測業務全面自動化的不斷推進，DFC1 型光學數字日照計等新型自動化設備不斷投入業務運行，在減輕氣象臺站業務工作量的同時對業務人員裝備保障維修能力要求日益提高。本文是日常工作的經驗總結，希望能為氣象臺站業務人員提供一些幫助，以達到提高工作效率和觀測數據質量的目的。