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GStar-Ⅰ型自动土壤水分观测仪故障处理与维护

2016-05-16韩艳君韩春贤

海洋气象学报 2016年1期
关键词:日常维护工作原理故障处理

韩艳君,王 阔,韩春贤

(1. 蠡县气象局,河北 蠡县 071400;2. 天津冶金职业技术学院,天津 300400)



GStar-Ⅰ型自动土壤水分观测仪故障处理与维护

韩艳君1,王 阔1,韩春贤2

(1. 蠡县气象局,河北 蠡县 071400;2. 天津冶金职业技术学院,天津 300400)

摘要:自动土壤水分观测仪的业务运行很大程度上提高了土壤含水量观测的质量和效率,但同时也对设备的维护工作提出了更高的要求。以GStar-Ⅰ型设备为例,分别从传感器、采集器、电源和通讯模块4方面详细介绍了工作原理和日常维护,通过自动土壤水分观测仪监控软件能否接收数据及对数据异常的分析、采集器和电源控制器的指示灯闪烁是否正常等方法来判断电池欠压、通讯卡欠费、装套管受潮或进水、各接线线序错误等常见故障并进行分析,以期对装备保障人员有所借鉴。

关键词:自动土壤水分观测;工作原理;故障处理;日常维护

引言

自动土壤水分观测仪取代传统的烘干称重法,不仅缩短了土壤水分的测定时间,减轻了业务人员的工作强度,最重要的是达到了定点观测土壤水分的连续变化,对农业生产、干旱监测预测和其他相关生态环境监测预测服务及理论研究都具有重要意义,更加适应了当前气象事业发展的需要。因此,为了提高土壤水分服务产品的质量,亟待加强台站设备的日常维护和故障处理工作。

1 土壤水分传感器工作原理

土壤水分探测器是基于电容传感器和嵌入式单片机技术设计,利用电容原理测量土壤水分,通过调整安放在其上的探头位置可分别测量土壤不同深度的土壤含水量。数据采集器基于ARM技术设计,通过大容量存储器扩展技术,具有数据存储量大、安全可靠和易于安装维护等特点,可实时和定时对水分传感器发送指令,采集土壤水份数据进行存储。采集器对外具有RS485、RS232/无线通讯接口,完成对传感器、后台管理软件的数据交换工作。

2 自动土壤水分观测站组成

自动土壤水分观测站主要由采集器、探测器、传感器、供电(太阳能板、蓄电池)、通信等部分组成。

3 故障分析与处理

(1)监控软件夜间数据缺测,白天数据正常,且比较规律

监控软件监测到夜间数据缺测(图1),此情况一般考虑为蓄电池问题,检查蓄电池是否性能下降,导致充放电过快,晚间无太阳光时,电池电压过低,控制器保护,自动断开负载输出。而白天光照正常,太阳能正常供电。

处理方法:更换蓄电池。

图1 监控软件显示17日夜间数据缺测

(2)晚间且固定时间段有数据,白天无数据。

这种情况,一般为太阳能控制器模式错误,未能正确设置为6.模式,导致设备晚间无太阳时工作,白天有光照时不工作。

处理方法:重新设置太阳能控制器工作模式。

(3)未出现降水天气现象时监控软件显示数据发生无规律突变。

通过监控软件发现连续数据记录中,某个时次后数据突然变大或者变小(排除下雨的可能),应检查探测器中是否进水或者有潮气,如果有及时处理。

处理方法:传感器进水或损坏。对PVC管重新进行密封,如果判断是从底部进水,需要重新安装密封塞。注意,发生突变时,频率也应发生突变,如果频率不发生变化,应该考虑是否为中心站重新标定导致数据变化。

(4)下雨时数据快速变大,雨停后数据快速变小。

表现为平时测值很小,有时接近0,但是遇到降水,曲线则陡升。降水过后,曲线迅速下降,这种情况,更换传感器后故障仍然会存在。一般考虑为上层管壁与土壤间有裂缝。

处理方法:更换套管。

(5)数据严重偏小。

设备测量数据严重偏小,主要表现在表层,表层土壤如果发生严重干旱则会出现龟裂现象,尤其是粘土最容易出现这种现象,如发生龟裂,则应及时处理,否则传感器与土壤之间出现较大空隙,仪器观测数据将会严重偏低,甚至达到零值。测量层土壤发生变化时,如离PVC管非常接近的空洞、石块等也会使得数据偏小。

处理方法:将传感器周围20cm内的土壤挖开至未开裂的深度,然后在附近选取松散的潮湿土壤进行回填,并将回填土砸实,确保土壤与传感器套管紧密接触。如果存在空洞或石块,应填补空洞,去除石块。

(6)重量含水率数据出现负值。

传感器安装不到位造成的管壁与土壤间的缝隙;在冬季,土壤中的水由液态变为固态冰,介质系数发生巨大的变化,引起仪器测量的水分值急剧下降;由于干旱引起粘性土壤龟裂,传感器周围长期不松土造成土壤板结;各层传感器顺序错误也会引起数据异常或为负值(图2)。

处理方法:传感器安装时,探测管不能有较大晃动,确保探测管壁与土壤紧贴无缝隙;在冬季我们应当注意是否有冻土影响;观测场内种植作物,表层即使非常干旱龟裂也较轻;灌溉及雨后围栏内要及时浅锄防止土壤板结。

图2 部分土壤深度数据显示异常

(7)采集器与探测器通信异常。

现场利用调试软件,进行即时数据读取,判断采集器与探测器通信是否正常,读取传感器标定参数是否正常,如果无法采集数据,传感器标定参数读取异常,检查采集器与探测器连线是否正常,线序是否正常。查看探测器内部插头连线是否正常,目测处理板上器件是否有异常或烧毁。

处理方法:紧固插头,调整为正确线序,如果有器件异常或烧毁,需要更换相应部件。

4 日常维护

4.1 传感器

正常情况下每年需要把传感器从PVC管中取出,检查管内是否潮湿进水,如有水滴,需要清除干净;干燥剂每年要更换一次。日常维护中一般需经常检查接线端子,检查跳线帽是否脱落[1],用手重新按压各个传感器和主机板与带缆线的排线插针,确保各个连接器可靠连接;此外还需检查铜环连接,查看传感器电路板与两个铜环之间的连接线是否脱落,如脱落,要用大功率烙铁重新焊接。

4.2 电源

自动土壤水分观测站电源供应一般有太阳能和蓄电池。每半年测量一次蓄电池电压,如果连续7天没有出现外接充电电源完全停止的情况下,电池电压低于11V,则需要更换蓄电池。正常情况下蓄电池的寿命不低于3年。日常维护中要经常查看指示灯是否常亮,如果灭,检查采集器主机板的电源端子是否连接松动,接线是否可靠,拔掉重新接线,插上电源端子,如果还不能启动,用万用表测量蓄电池电压是否正常(12V~15V)。太阳能控制器指示灯如图3。太阳能指示灯亮表示供电,不亮表示不供电;蓄电池指示灯黄色表示电压偏低,红色表示电量空,闪绿表示电充满;负载指示灯橙色表示正常,向采集器供电;设置开关按钮为模式“6.”[2]

图3 为供电系统的正常指示状态

4.3 采集器

正常情况下每月到现场检查一次采集器,查看是否进水和沉积灰尘,如有则要清除干净。

图4为采集器板的正常显示状态。绿灯为GPRS通信指示灯,黄色为采集器运行指示灯,红色为电源指示灯;一般状态下刚开机红灯和黄灯点亮,绿灯因为GPRS模块要搜索网络,正常情况下3分钟以内会点亮,如绿灯一直不亮,则可检测通信卡是否欠费,该地区GPRS网络是否通畅。正常情况下,指示灯显示如下:

电源指示(红色):常亮;

运行指示(黄色):闪烁(亮灭各1秒);

GPRS登录指示(绿色):登录到服务器亮,退出时灭。

图4 采集器正常工作状态

4.4 通讯模块

日常维护中通讯模块的维护非常重要,若通讯模块上指示灯异常(正常指示灯为TTS指示灯常亮,NET指示灯3秒钟闪烁一次),首先查看,跳线是否正确,具体表现为:①TTS指示灯不亮(设备掉电复位可以解决故障,否则更换主板);②NET指示灯不亮(设备掉电复位可解决故障,否则更换主板);③NET指示灯快闪(800ms一次),检查手机卡是否正常(是否存在欠费、损坏),建议采用替换法,更换手机卡测试。

5 小结

GStar-Ⅰ型自动土壤水分观测是近年河北省气象部门新增的自动测定土壤水分观测项目。通过掌握对观测仪业务监控软件快速诊断故障和解决问题的方法,对常见故障(如单个层次数据缺测,可能的原因是此层传感器损坏或排线未插好;而全部缺测资料可能的原因为蓄电池亏电、手机卡欠费、采集器主板损坏、太阳能控制器未处于工作状态不为“6.”、仪器被盗等;遇到频率全为0,一般为传感器已损坏。)要做到及时发现、迅速排除,并做好日常维护工作,有效降低数据缺报、误报率。有效保证仪器采集准确、传输及时,以提供更好的自动化土壤水分观测服务。

参考文献:

[1] 陈海波,冶林茂,薛龙琴,等. GStar-I(DZN2)型自动土壤水分观测仪的维护方法及常见故障解析[J]. 气象与环境科学,2011,34(B09):178-181.

[2] 陈海波. DZN2型自动土壤水分观测仪常见问题分析[J]. 气象与环境科学,2013,36(3):54-57.

作者简介:韩艳君(1981—),女,河北蠡县人,本科,工程师,主要从事综合地面气象测报预报和农业气象工作。

收稿日期:2015-04-17

中图分类号:P415.1

文献标识码:B

文章编号:1005–0582(2016)01–0065–04

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