土壤水分自动站日常维护及常见故障解决方法

2015-03-27张翠英樊景豪菏泽市气象局山东菏泽74000郓城县气象局山东郓城74700

海洋气象学报 2015年1期

关键词：日常维护解决方法故障

张翠英，樊景豪，张斌（．菏泽市气象局，山东菏泽 74000；．郓城县气象局，山东郓城 74700）

张翠英1，樊景豪2，张斌1
（1．菏泽市气象局，山东菏泽 274000；2．郓城县气象局，山东郓城 274700）

摘要：为了提高台站业务人员对设备的维护维修能力，从GPRS模块、传感器等方面重点分析了土壤水分自动站运行过程中的常见故障、处理方法以及维护过程中的相关注意事项，为设备的日常维护、故障排查等提供参考。

关键词：土壤水分自动站；日常维护；故障；解决方法

引言

自2009年以来，山东省十七市气象局陆续安装了139个土壤水分自动观测站，并投入业务运行。2013年，中国气象局调整部分农业气象人工观测任务，取消了土壤水分人工观测业务。因此，土壤水分自动观测站的正常运行，将成为保障气象资料完整及时的关键。文章根据近年来土壤水分自动站日常维护及运行过程中的常见故障，并结合土壤水分观测仪的工作原理，提出了各种故障的解决方法，供台站技术人员在维护维修过程中作以参考，以便在工作中能正确判断故障原因，及时排除故障，保障探测设备的正常运行。

1 自动土壤水分观测仪工作原理

自动土壤水分观测仪是应用频域反射（FDR）原理的土壤水分测量传感器，系统采用总线式数据采集技术，实现对土壤水分的自动化测量[1]。其技术指标符合中国气象局土壤水分观测仪的设计要求。该系统由传感器、采集器、通信接口和系统电源四部分组成。各外站通过无线连接中心站，可显示实时和整点土壤相对湿度、体积含水量、重量含水率、贮水量等动态变化曲线并自动生成标准数据文件。中心站具有对网络内的所有监测站进行参数设置、数据接收和存储、运行状态监视、远程控制等功能。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 GPRS模块常见故障及排除

2.1 通讯网络故障及解决方法

GPRS通讯网络主要用于监测作物地段的自动土壤水分观测仪，由移动公司提供网络服务[2]。如果此网络出现故障，数据无法自动上传。以菏泽土壤水分自动站为例，阐述在运行中出现过的故障其处理方法。

菏泽D8804站，供电正常，但数据上传中断，查看台站历史状态，网络状态断开。经查，无欠费现象。现场查看，发现模块绿灯亮，并闪烁，表明无线传输模块正在寻找网络，判断可能是无线网络信号不好造成网络断开。通过查询得知，在同一区域内的区域站网络信号也不正常，最终断定是通讯网络出现异常，于是与通讯公司取得联系，最后问题得以解决，该站数据很快正常传输。

2.2 通讯模块故障及解决方法

GPRS 数据传输模块安装在各监测网外站的仪器箱内[1]，是GPRS 数据传输的主要部件，该模块可以自动与中心站计算机进行网络连接。

如果出现无线信号较弱或GPRS无线模块工作不稳，通信模块指示灯状态异常，则需检查通信模块供电系统、通信模块、手机SIM卡。

菏泽D8821站、D8806站，设备运行正常，但数据传输偶尔中断，数据入库率较低。台站历史状态显示网络断开，数据缺测。现场查看，供电正常，采集器工作正常，绿灯常亮，不闪烁，初步判断故障为无线传输模块无法识别手机卡，经检查手机卡无误，断定为当地无线信号较弱或GPRS无线模块工作不稳所致。重新设置无线模块，同时更换手机卡，数据上传正常。

如果没有备份的通讯模块，模块不能及时更换，简单办法是先将站点模块重新启动，传输模块上的绿色指示灯亮，1～2s后，变为红色，闪烁2次，然后变为绿色，表明土壤水分自动站工作正常，一段时间之内数据正常传输。待配备模块后应及时将模块重新设置并更换模块，必要时更换另一通讯公司手机SIM卡，以使故障得以彻底解决。

通讯模块更换，数据传输正常后，仍应现场查看各层体积含水量、相对湿度、重量含水率数值是否与网站（http://124.133.2.230/web/）同一时次的数据完全一致，如果完全一致则说明模块更换成功，不一致则要检查问题所在。

菏泽D8821站、D8806站模块更换后数据上传，但上传数据与现场查看数据不一致，查找原因是在模块设置时中心网站出现问题，重新设置后再次查看数据，采集数据与网站数据一致，说明模块更换成功。

3 传感器常见故障及排除

采用世界先进技术的频域反射（FDR）土壤湿度传感器，精密、可靠、耐用，无放射性污染源。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。

在传感器出现的常见故障中，要结合土壤水分传感器原理，正确分辨传感器故障与传感器安装不当引起的土壤湿度变化[3]。如某层数据出现异常，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，用以判断该层所属故障。

如菏泽D8809站20cm土壤相对湿度骤降骤升。现场断开电源，拔下20cm所在第二通道插头，插入正常10cm或30cm传感器插头，显示结果正常。把20cm传感器插头插入正常10cm通道，显示结果不正常。由此可以判定20cm土壤水分传感器安装不当或传感器本身故障。检查20cm传感器连线与安装情况，重新安装，结果显示仍不正常。更换传感器，故障排除。

菏泽D8804站100cm体积含水量比上层80cm，60cm体积含水量持续明显偏低。现场断掉电源，拔下100cm所在第八通道插头，插入正常80cm或60cm传感器插头，显示结果正常。把100cm传感器插入正常80cm通道，显示数据仍然偏低。初步判断100cm传感器有故障，遂挖开土层，查看100cm传感器，发现100cm传感器所安装土层为沙土，与上层80、60cm传感器安装土层明显不同。选择与80cm传感器安装土层相近的土层重新安装100cm传感器，显示结果正常。后经检查100cm传感器无故障，不需要更换。

4 太阳能板高度设置注意事项

由于土壤水分自动站安装在野外，需安装太阳能电池板供电，电池板安装在杆体的上部。根据观测场作物的不同，可选择不同高度的杆体。杆体一般为1.4m和2.7m两种[2]。安装1.4m杆体的土壤水分自动站如果观测作物为玉米时，在玉米拔节期以后应注意，玉米叶子不能遮挡太阳能电池板，遮挡后影响电池板对光线的采集。

菏泽D8821站，玉米生育后期遇到连阴雨天气，电源电压低于12V，通讯中断，数据无法上传。检查各项指标正常，初步判断其原因是由于连续多日阴雨天气造成的，白天太阳能电池板勉强能供电，但玉米枝叶挡住太阳能电池板，影响光线采集而无法为蓄电池充电，导致夜间电源电压较低，无法正常工作。折断太阳能电池板前玉米枝叶后，供电恢复正常。因此，如果围栏内种植的作物是玉米等高秆作物时，在太阳能电池板前应尽量不要播种，或者将太阳能板换装2.7m的杆体。

5 防鼠、防水注意事项

目前土壤水分自动站使用的支撑数据采集箱杆体，其上、下部各有一个电源线出入线口，数据采集箱安装在杆体的中部，太阳能电池板的电源线、传感器的信号线、计算机的通讯线（固定台站）均从下杆体底部的出线口穿出，然后接入数据采集器（图略）。菏泽D8804站曾经发生过田鼠通过杆体底部的出线口咬破杆体出线口处裸露的电源线现象，简单的方法就是用薄铁皮将入线口包裹密实。这也有防止田间积水过多进入杆体内的作用。