DZN1型自动土壤水分观测仪的维护与维修

张有菊 刘新彦 王华

摘要  DZN1型自动土壤水分观测仪极大地提高了土壤水分观测的质量和效率。为了使设备正常运行，及时解决故障，提高业务人员的维护维修能力，从通讯模块、传感器、采集器、太阳能供电系统等方面分析自动土壤水分观测仪运行过程中的常见故障、处理方法以及维护过程中的注意事项。

关键词 自动土壤水分观测仪;维护;维修

中图分类号：S152.7;S237 文献标识码：A 文章编号：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，山东省气象部门逐步在全省國家级农业气象观测站固定地段和作物地段，分别安装了DZN1型自动土壤水分观测仪。自动土壤水分观测仪取代了传统的烘干称重法，缩短了土壤水分的测定时间，减轻了业务人员的工作强度，提高了土壤水分数据的连续性和及时性。因此，自动土壤水分观测仪的正常运行是保证土壤水分资料完整性的关键环节，根据近年来济阳区气象局自动土壤水分观测仪日常维护及运行中的常见故障，提出解决办法，供气象台站及业务人员作为参考，以便正确判断故障原因，及时排除故障，保证设备正常运行。

1 自动土壤水分观测仪的工作原理

济阳区气象局采用的DZN1型自动土壤水分观测仪（上海长望气象科技有限公司生产）是应用FDR原理，集土壤水分测量传感器和总线式数据采集技术于一体的土壤水分自动化测量系统，其技术指标符合中国气象局土壤水分观测仪的设计要求[1]。该仪器可广泛应用于气象、生态、农业、地质灾害等领域的探测与研究。

2 自动土壤水分观测仪的组成

自动土壤水分观测仪由硬件和软件组成，硬件包括采集器、传感器和外围设备3部分;软件包括采集软件和计算机软件。

3 自动土壤水分观测仪的常见故障及排除

3.1 GPRS模块常见故障及排除

DZN1型自动土壤水分观测仪大多安装在作物地段上，由移动公司提供网络服务[2]，主要通过GPRS无线通信方式直接上传到中心站。GPRS无线传输模块安装在各监测网外站的仪器箱内，使用前需要对其内部的IP地址、端口号、身份验证码等参数进行设置，设置完成后安装好通讯卡，该模块就可以自动与中心站计算机进行网络连接，将观测数据传输到中心站[3]。如果网络出现问题，则无法上传数据。

济阳区气象局共安装2个DZNI型自动土壤水分观测仪，分别安装在固定地段（D6811）和作物地段（D6814）。2016年8月2日12：00，D6814站出现故障，电源电压、传感器、采集器、网络状态都正常，只有传输状态栏观测数据显示缺测。此时首先检查无线传输模块内的SIM卡是否欠费或损坏，经查无欠费，又将SIM卡取出安装到手机上，开机后观察是否有网络信号，若信号正常，表示SIM卡正常，否则更换SIM卡。再试发1条短信，如果能够接收短信，表示SIM卡正常。再检查无线传输模块的信号发射天线是否丢失。在上述检查都正常的情况下，最后查看无线传输模块的指示灯情况，如果为红色常亮，表示模块正常，否则损坏。通过逐项排查，最终确定是传输模块损坏，本站业务人员立即更换了备份的无线传输模块。更换后及时查看各层的相对湿度、体积含水量、重量含水率与自动水分监测系统的数据是否相同，经查看完全一致，当日14：00数据传输正常。另有几次出现数据不能正常上传的现象，经检查发现SIM卡有松动、沾染污渍等现象，立即将SIM卡取出擦净后，再重新安装上，数据上传恢复正常。

3.2 传感器常见故障及排除

土壤湿度传感器采用世界先进的频域反射技术（FDR），具有精密、可靠、耐用、无放射性污染源等优势。传感器使用环保材料制成，全密封，可长期埋设在地下任意深度连续测量[1]。在传感器出现的常见故障中，结合土壤水分传感器原理，正确分析传感器故障与传感器安装不当引起的土壤湿度变化[2]。如果某层数据出现异常，现场查看时应将该层所在通道插头拔下，插入正常通道，查看数据是否正常，以判断该层故障。

（1）2015年8月16日10：00，济阳区气象局D6811站各层数据出现异常偏大现象，当日9：00各层土壤相对湿度正常数据在70%～99%之间， 10：00起各层数据分别上升为126%、113%、116%、75%、113%、106%、120%、135%，仅有30～40 cm深度土壤相对湿度偏小，其他各层数据都偏大。业务人员发现自动水分站出现故障后立即进行了实地检查，逐项排查查找原因，经查看自动水分监测系统，显示电源电压、采集器、网络状态都正常，传感器状态显示故障。业务人员先将30～40 cm深度相对湿度显示最小的传感器进行试换，现场断开电源，拔下在30～40 cm深度的第4通道插头，插入正常10 cm或20 cm传感器插头，显示正常;再把30～40 cm深度传感器插头插入正常10 cm或20 cm通道，显示结果不正常，由此判断30～40 cm深度土壤水分传感器出现故障。更换传感器后数据恢复正常，故障排除。

（2）2016年5月25日0：00，济阳区气象局D6814站50～60 cm深度土壤相对湿度显著偏小，查看自动水分监测系统，土壤相对湿度从83%骤降到18%。业务人员发现后及时查找原因，现场断开电源，拔下在50～60 cm深度的第6通道插头，插入正常40 cm或50 cm传感器插头，显示结果正常;再把50～60 cm传感器插入正常的30～40 cm通道，显示结果不正常，由此判定50～60 cm深度土壤水分传感器损坏。及时更换传感器后数据恢复正常，故障排除。

3.3 采集器常见故障及排除

数据采集器是DZN1型自动土壤水分观测仪的核心部件，其主要功能是完成各层土壤水分传感器的采样，对采集数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储，实现数据通信和传输[1]。采集器具备自检、自诊断功能，包括电源电压状态监测、传感器状态监测、通讯状态监测。内有标准CF卡可存储60 d的整点测量数据和平均数据。

2014年济阳区气象局出现了一次采集器故障，首先检查数据采集器的供电是否正常，查看采集器显示面板下方的输入电源灯是否为红色常亮，常亮则表示电源输入正常;再查看土壤水分传感器供电是否正常，若指示灯在每分钟第47秒点亮，表示傳感器供电正常[3]。逐步更换数据采集器以外的部件，若观测仪仍然无法正常工作，可判断为采集器损坏。业务人员更换采集器后，数据恢复正常，故障排除。

3.4 太阳能供电系统常见故障及排除

DZN1型自动土壤水分观测仪在野外很难得到稳定的供电，故采用太阳能供电系统，其由太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池组成[1]。一块12 V、17 AH的蓄电池在电量充满的情况下可以保证观测仪连续工作4～6 d。太阳能充电控制器将太阳能电池板和蓄电池连接在一起，可以显示太阳能电池的工作情况以及蓄电池的可用容量，在有太阳光照的情况下负责给蓄电池充电并为设备供电。

当太阳能供电系统出现问题后，观测仪仍然能依靠蓄电池的电量正常工作4～6 d，之后将停止工作。这种情况下，可能是太阳能电池板或充电控制器损坏，造成设备因供电中断而停止工作。在连续阴雨无日照的情况下，电压低于12 V时，观测仪易出现工作不正常现象。

在日常工作中，太阳能电池板表面应保持清洁无破损，表面应没有阻碍阳光的沙尘、鸟粪及农作物枝叶等杂物，以确保太阳能电池板能够得到足够的阳光。应经常检查太阳能供电系统的各个接线是否牢固、是否出现脱落，在有阳光的情况下，用万用表直流档分别测量太阳能电池板的输出电压、太阳能充电控制器的输出电压和蓄电池的电压，都应在12～15 V之间;在连续阴雨无日照的情况下，注意观察电池的电量，小于12 V时应及时更换充满电量的备份电池，以确保观测仪正常运行。

2015年11月15日20：00，济阳区气象局发现 DZN1型自动土壤水分观测仪未能正常上传数据。运行状态显示蓄电池电压过低，传感器状态、采集器状态均正常。出现故障后，业务人员及时更换蓄电池后，数据上传恢复正常。

4 结语

在实际工作中，DZNI型自动土壤水分观测仪的故障形式多种多样，出现故障首先可参照故障诊断和排除流程，分析判断故障及排除方法。其次，台站工作人员在日常维护维修中应不断积累经验，在自动土壤水分观测仪运行过程中，应多观察，多分析，多动脑，多动手，及时总结故障排除方法，不断提高维护维修能力。再次，台站应准备自动土壤水分观测仪的常用备件，出现故障力争在第一时间排除，特殊情况下，硬件应返厂维修，台站业务人员平时应多与厂家沟通，及时排除故障，提高土壤水分数据的传输率。

参考文献

[1] 上海长望气象科技有限公司.DZN1型自动土壤水分观测仪使用手册[S]上海：上海长望气象科技有限公司，2009.

[2] 张朝昌.杜衔君.张斌.DZN1野外式自动土壤水分观测仪常见故障分析[J].安徽农业科学，2013，41（15）： 7025-7027.

[3] 刘彬，郭海涛，涂爱琴，等.DZN1型自动土壤水分观测仪的组成与故障排除方法[J].山东气象，2015，35（2）：61-63.