DZN2型土壤水分观测仪常见故障及排除方法

尹新燕，于瑞波，李四清

（石河子市气象局，新疆石河子832000）

DZN2型土壤水分观测仪常见故障及排除方法

尹新燕，于瑞波，李四清

（石河子市气象局，新疆石河子832000）

自动土壤水分观测仪代替了以往人工取土测量土壤体积含水量的工作，并可测量不同深度的土壤体积含水量，完成土壤水分贮存量信息的采集、处理、存储及传输。DZN2（GStar-I）型自动土壤水分观测仪现已广泛应用于全国各地气象台站的农业气象观测中，较好地满足了各地农业气象服务的需求。莫索湾气象站做为新疆第一批安排使用此仪器的台站，通过对近3年来在运行中出现的各种问题进行总结归纳，发现大多数问题是维护不到位造成的，部分是仪器自身故障。通过故障分析,并结合北疆的气候特点，提出DZN2（GStar-I）型土壤水分观测仪的一些常见故障排除方法，日常维护中要注意和改进的事项。

DZN2型自动土壤水分观测仪；故障；排除；维护

1　故障现象及解决方法

1.1通讯故障

故障现象：石河子莫索湾气象站农业气象观测业务人员发现DZN2“（GStai-I）自动土壤水分观测系统”多层逐时土壤水分曲线出现中断现象，软件左下方显示与服务器连接状态为“断开”。

解决方法：初步判断为通讯故障，到设备安装现场打开采集器箱检查，发现仪器所有指示灯均正常闪烁，通讯模块工作指示灯也正常，检查SIM卡安装牢靠，于是把SIM卡取出来插到手机上打电话听取提示音，判断为SIM卡欠费停机所致。重新给SIM卡续费后，数据传输恢复正常，故障期间未上传的数据也都正常得以显示。

1.2供电系统故障

故障现象：冬季“DZN2型自动土壤水分观测系统”多层逐时土壤水分曲线再次中断，软件显示与服务器连接中断。

解决方法：现场查看，发现采集板上的电源指示灯不亮，黑色电源控制器上的3个指示灯：左边的太阳能电池指示灯绿灯常亮，中间的电池状态指示灯红灯常亮，右边负载指示灯熄灭，长按“电源”按钮进行测试，显示“B.”，据此判断为电池电压已经过放，经万用表测量电瓶电压严重不足，于是进一步排查充电装置—太阳能板，发现太阳能板被积雪基本完全覆盖，而近日又多连续阴雾天气，根据经验，此太阳能板在白天阴天比较严重的情况下也能勉强维持工作，基本判定太阳能板被积雪覆盖就是电池缺电的原因，用充电机对电瓶进行充电，用扫把和刮板把太阳能板上的积雪清扫干净，下一整点数据恢复正常，在定期清扫太阳能板积雪的情况下，这个冬季再没出现因电源问题而数据显示中断的故障。

1.3“DZN2型自动土壤水分观测系统”多层逐时土壤水分曲线显示值与实际明显不符

故障现象：秋季“（GStai-I）自动土壤水分观测系统”多层逐时土壤水分曲线突然出现忽低忽高的突变，部分层次数据明显偏离实际。

解决方法：初步判断为传感器外套管内进水，将传感器从PVC管中取出，发现外套管底部的确有部分积水，用长棍捆绑棉花和毛巾把底部的水吸干，使传感器清洁干燥，故障依然。经查相关说明书和资料，基于FDR（frequency domain reflectometry）频域反射原理的土壤水分观测仪是利用LC电路的振荡，根据电磁波在不同介质中振荡频率的变化来测定介质的相对介电常数，进而通过一定的对应关系反演土壤水分状况。FDR土壤水分传感器由上下2个圆环状极板构成一个LC振荡回路，传感器工作时可产生高频振荡电场，土壤含水量的变化，引起圆环电容周围介质的介电特性变化，圆环电容传感器感应的土壤电容值就会改变，从而引起LC振荡器的振荡频率变化，传感器把测得的高频信号变换后即可得到土壤含水量[1]。于是进一步判断为是秋天土壤水分观测场所在作物地段8月份停止灌溉后，再加之深秋，新疆正值秋高气爽季节，气候干燥少雨，而晴天日最高气温还在30℃以上，有时还能达到35℃，这些因素综合在一起致使仪器周围的土壤干裂，从而导致LC振荡器的振荡频率紊乱，多层逐时土壤水分曲线出现了忽高忽低的突变。把PVC管四周的土重新掩埋、夯实，使外管与土壤充分贴合，故障得以彻底排除。

2　针对常见故障，日常维护中需要注意的事项

2.1需对硬件进行维护

由于DZN2型自动土壤水分观测仪的数据通过手机SIM卡进行数据无线网络自动向中心站上传，因此，日常只需对仪器硬件部分进行一定的维护即可，不存在软件参数或设置的问题。

2.2定期给SIM卡续费

为避免SIM卡欠费停机，最好把一次续费周期尽量延长，并进行记录，下次应提前足额续费。

2.3调整太阳能板仰角

冬季定期做好太阳能板积雪等杂物的清除，避免影响太阳能板的充电性能，保持太阳能板干净无遮挡。厂家安装的太阳能板的角度不太适合冬季北疆的气候特点和太阳高度角，北疆的用户可以改进一下，把太阳能板的倾斜角尽可能放大（接近与地面垂直），一是可以尽可能的减少或避免积雪的堆积，二是冬季北半球中低纬度太阳的高度角较低，太阳能板安装接近与地面垂直，更利于本地冬季太阳能板的吸热储电，由于本地春夏秋三个季节光照充足，太阳能板的高度角不会影响这三个季节的工作性能。如果出现冬季长期连续阴雾不见太阳，太阳能板也无积雪，可以采取给蓄电池人工充电的方法度过冬季光照稀少的时段。

2.4定期检查传感器

定期把传感器从套管中取出，如有水滴，需要清除干净并进行防水处理，检查时应将传感器内放置的干燥剂进行更换，安装套管内受潮或进水都会影响传感器的正常工作，每年春季进行农田灌溉前应仔细检查传感器安装套管的防水情况，并用704硅橡胶对管壁与保护帽的接口处、接线口、螺丝口等处进行防水加固处理[2]。

2.5及时处理龟裂土壤，确保土壤与传感器套管紧密接触

表层土壤尤其是粘土发生严重干旱时会出现干裂现象，如发生干裂，应及时处理，否则传感器外套管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。

龟裂的处理方法需将传感器周围20 cm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，并将回填土压实，确保土壤与传感器套管紧密接触。因为安装好的传感器的深浅位置是经过计算且要固定的，所以对表层龟裂土壤及翻地松土处理时，传感器保护盖下沿要保持与土壤有2 cm的距离，过大或过小都会引起测量偏差。传感器及其周围土壤严禁使用任何诸如杂草、沙石等物质覆盖，否则将会影响传感器周围土壤的蒸发或降水渗透，造成仪器观测数据没有代表性[3]。地处西北新疆的干旱半干旱地区的秋季作物地段停止灌溉后易容产生此现象，要引起注意。

3小结

自动土壤水分观测是基层气象台站农业气象观测中的一项长期而重要的工作内容，自动化、智能化是今后农业气象工作的发展方向，DZN2型自动土壤水分观测仪是农业气象观测中第一个实现自动观测的项目，要在日常工作中做好仪器的常规维护工作。仪器对工作环境也有一定的要求，有些问题是仪器自身的故障，但多数问题是由于观测业务人员维护不到位造成的，及时、必要的维护工作，是仪器正常稳定工作的基础，定期维护仪器及周围的工作环境，加强相关业务学习和培训，不断提高农业气象服务业务人员对常见故障的判断和解决能力，从而保障土壤水分自动观测质量。

[1]冶林茂，吴志刚，牛素军，等.GStar-型电容式土壤水分监测仪设计与应用[J].气象与环境科学，2008，31（3）：82-85.

[2]陈海.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.

[3]薛龙琴，陈海波，师丽魁.河南省自动土壤水分观测网的建设与运行管理[J].气象与环境科学，2011，34（4）：84-87.

2016—07—13