自动土壤水分观测仪常见故障分析

赵雪明+李广智+姜广波+孟卫东

摘要：本文介绍了自动土壤水分观测仪的原理，分析了自动土壤水分观测仪出现的常见故障，给出了解决办法，为自动土壤水分观测仪的技术保障工作提供

借鉴。

关键词：农业气象；土壤水分；自动观测；故障分析

中图分类号： S152.71 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.02.052

自动土壤水分观测仪可以方便、迅速地对不同层次土壤水分进行自动观测，获取具有代表性的观测资料，降低人工观测工作量，实现数据的连续观测，与人工观测相比，时间和空间都进行了加密观测，为农业气象预报、干旱监测和农业气象服务提供高质量的土壤水分自动观测资料。吉林省气象部门自2010年开始自动土壤水分观测仪的布网建设，共建设自动土壤水分观测仪68套，自动土壤水分观测站网初具规模。在2014年吉林省遭遇旱灾时，自动土壤水分观测站网发挥了重要的监测和服务作用。

1自动土壤水分观测仪工作原理

经中国气象局考核定型的自动土壤水分观测仪主要有三个型号，其中DZN1型自动土壤水分观测仪由上海长望气象科技有限公司生产，DZN2型自动土壤水分观测仪由河南中原光电测控技术有限公司生产，DZN3型自动土壤水分观测仪由中国华云技术开发公司生产。自动土壤水分观测仪利用频域反射原理（FDR），根据电磁波在土壤中传播频率来测量土壤的介电常数，自动土壤水分传感器发射电磁波，电磁波沿传感器感应头传输，数据采集器检测传感器输出的电压，由于土壤介电常数的变化取决于土壤的含水量，根据输出电压和水分的关系可计算出土壤的含水量。水分含量是决定土壤介电常数的主要因素。测量出土壤的介电常数，能直接稳定地反应土壤的水分含量。自动土壤水分观测仪是基于现代测量技术构建，由数据采集器、土壤水分传感器、供电单元、通信单元等构成。系统框图如图1所示。

土壤水分传感器发出高频信号，传感器电容量与被测层次土壤的介电常数成函数关系。当土壤中的水分变化时，其介电常数相应变化，测量时传感器给出的电容两端的电压值也随之变化，这种变化量被数据采集器所采集，经过数据处理，得出土壤水分数值，经通信单元发至数据中心站。

2自动土壤水分观测仪常见问题

2.1供电单元故障

自动土壤水分观测仪供电系统采用太阳能电池和铅酸蓄电池供电，由充电控制器、太阳能电池板以及铅酸蓄电池组成。此种供电方式受天气因素影响较大，当多日持续阴雨天气时，会导致太阳能电池充电能力不足。当冬季气温较低时，蓄电池的容量随温度的降低而减少，从而影响设备正常工作。建议有市电接入条件的观测站点，尽量选择接入市电；没有接入市电条件的，应加大太阳能电池板面积和蓄电池容量。可在现场观察充电控制器指示灯的状态来判断供电单元是否正常工作，指示灯为绿色时正常，为红色时表示报警。

2.2数据采集器故障

数据采集器主要功能是对各层传感器的数据采样，并对采集到的数据进行运算、处理、质量控制以及存储等，此外还通过串口将数据发送到通信单元。数据采集器故障的主要表现为数据缺失及数据异常。数据缺失分为全部数据缺失和部分数据缺失，全部数据缺失可能是采集器供电或者串口通讯部分出现故障，部分通道数据缺失为采集器通道出现故障。可采用替换的方法来确定，若某通道出现数据缺失，将其他通道有数据的传感器更换到该通道上，如果仍无数据，则可以判定是数据采集器通道故障，否则为传感器故障。

2.3土壤水分传感器故障

传感器故障表现为数据异常跳变、缺失或者超出正常范围。当数据出现异常时，在采集器上找到相应的传感器，使用万用表测量电压，看是否在正常范围内，也可采用替换法来排除传感器是否出现故障。确认传感器出现故障后，应检查传感器是否进水，检查传感器是否生锈，检查接线端子是否虚接，传感器信号电缆是否断路等方法来排除故障，如果以上方法都无法排除故障，则需要更换新的传感器。

2.4通信单元故障

通信单元故障主要表现为自动土壤水分观测仪无数据上传，可将笔记本电脑与采集器串口相连接，使用串口调试命令来读取采集器数据，如果能够正常读取数据，则说明问题出在通信单元上。检查GPRS通信控制器的信号线，供电线是否正常连接，检查SIM是否损坏，检查站址所在地移动通信基站的数据连接功能是否正常，检查中心站软件网络参数设置是否正确。

3结语

自动土壤水分观测仪适应现代农业气象业务发展需求，在测量性能、数据质量、要素扩充性、可靠性、可维护性等方面有长足进步。与常规的人工观测相比，自动观测在观测频次、观测要素上更加优越，自动观测更具有客观性，可以充分满足农业气象观测业务的新标准、新需求。自动土壤水分观测仪既可以安装在大面积的农田中，也可以安装在农业科学实验田中，可以解决目前我国农业气象观测较为落后的局面，增加农业气象服务领域，提高农业气象的服务能力，为农业科学研究和农业增产增收提供科学的观测数据。因此，自动土壤水分观测站网稳定可靠运行具有十分重要的意义。

参考文献

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作者简介：赵雪明，农业推广硕士，吉林省气象探测保障中心，工程师，研究方向：气象装备技术保障。endprint