DFC3光电式数字日照计故障排查与维护

朱一正 杨严意 董猛

摘 要：本文阐述光电式数字日照计设备结构与原理，例举DFC3光电式数字日照计运行过程中的常见故障，给出排查方法及日常维护措施，旨在为气象台站维护该型设备提供技术参考。

关键词：DFC3光电式数字日照计；工作原理；故障排查；日常维护

中图分类号：S16 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415022

日照是表征当地气象状况和气候特点的重要气象要素，是中国气象局统一布局观测项目之一，各台站均须观测。目前大多数台站使用的是暗筒式日照计，用赤血盐（定影剂）、枸橼酸铁铵（感光剂）与水按照一定的比例配制成药剂，将药剂涂在日照纸上，每天将涂有药剂的日照纸置于暗筒式日照计内，记录一天的日照时数。其缺点是药剂质量的好坏，以及涂药方法是否恰当均可造成仪器测量的误差[1]，并且每天需要更换日照纸。随着中国气象局观测业务全面自动化的推进，一些国家级气象台站已布设了DFC3型光电式数字日照计，该日照计集光电信号采集、处理、存储、通信、实时时钟为一体，光电式感应响应快、测量精度高、性能稳定、可长时间独立运行，且安装方便、操作简单、易于维护。亦可为农业和旅游业等提供精确的日照时数信息。

1 测量原理

光电式数字日照计是一款基于总辐射-散射辐射测量原理、无需机械转动的高精度数字化光电式的日照观测设备，主要由光电式数字日照传感器、数据处理单元、供电单元、通信单元、安装附件等部分组成。其传感器采用置于光学镜筒中的3个同轴光电感应器对总辐射和散射辐照进行自动连续观测，根据计算出的直接辐照度判断有无日照（测量原理如图1）。3个带有圆柱形漫射器的光电管D1、D2、D3分别安置在同一轴线上，并通过遮光罩及其入射窗W1、W2对入射到D2、D3上的辐射进行约束。

光电管D1在360°的环形范围内接收总辐射。D2和D3接收环形范围内不同方向上的辐射，由于W1、W2采用对向设计，所以无论太阳在哪个方向其直接辐射只能照射到D2、D3中的1只，其中较小的输出值即为散射辐射。直接辐射为总辐射和散射辐射的差值，若直接辐照度≥120W·m-2则算作有日照[2]，把时间进行累计，得到每小时和每天的日照时数。

2 DFC3型光电式数字日照计常见故障处理

2.1 ISOS软件接收不到数据

主要原因有：ISOS软件通讯参数设置不正确，日照传感器内部设置不正确，供电、通信线路连接不正常，传感器故障等。

检查步骤：

检查ISOS软件日照的串口号及串口参数（9600，8，N，1）是否正确，串口的工作方式是否为RS485 通讯方式；检查日照计的台站号、数据传输握手机制方式、日期、时间是否设置正确。若不正确，应设置正确的台站号、数据传输为被动读取方式，并设置日照传感器内部时间与上位机系统时间（北京时间）一致；检查日照计的航空插头是否松动、接触不良。若松动，将航空插头重新插接紧固；检查供电机箱是否供电正常。机箱内部的空气开关接外部220V交流电，交流电通过开关电源转换为12V直流电，直流电再经过导轨保险和导轨刀闸接到接线端子供日照传感器使用。用万用表逐级测量电压是否正常，判断故障发生位置。若保险丝断，更换新保险丝，若接线松动，重新接线并紧固；检查从日照传感器到业务电脑的信号线、通讯线是否连接正常。若不正常，重新接线并紧固。

若上述检查均没有问题，利用串口调试助手（9600，8，N，1），通过黄色信号线的RS232直接向日照傳感器发送READDATA命令，查看日照传感器有无返回当前分钟的数据。若返回数据，说明日照传感器正常；若返回EXCARD NONE，说明日照传感器内部存储卡故障；若无响应，说明日照传感器故障。

2.2 日照数据误差偏大（最大允许误差：±10%）

主要原因：传感器被遮挡，光污染，安装及设置不正确，传感器故障。

检查步骤：检查玻璃罩是否有污垢。若有，用软布及时清理，当有泥垢等粘附物先用湿布清洁，再用干软布清理；检查日照计安装位置周围是否有障碍物、反射面或者明显的污染源。若有，应及时进行处理；检查日照传感器头部是否指向北，倾斜角度是否与当地纬度值一致；检查日照计经纬度参数是否与安装地经纬度一致。若不一致，用LAT和LONG命令对日照计经纬度参数进行重新设置。

若上述检查均没有问题，说明日照传感器可能发生故障，需更换传感器。

2.3 日照计加热功能失效

加热功能作用：日照传感器内置的加热器可以加速雨、雪和霜的消融，包括2档加热分别为1W和10W，当温度低于14℃时开启1W加热，当温度低于6℃时开启10W加热。

主要原因：供电系统故障，传感器内部控制继电器故障。

检查步骤：检查日照计的航空插头是否松动、接触不良。若松动，将航空插头重新插接紧固；检查供电机箱是否供电正常。检查方法同2.1。

若上述检查均没有问题，说明日照计内部加热控制电路可能发生故障，可以使用GCD命令查看日照传感器内部加热状态信息（正常情况能显示日照信号电压、日照腔内电压等信息），若存在故障，需更换传感器。

3 日常维护

在业务运行中，要取得客观、准确的日照数据应做好日照计的日常巡视、维护工作。

发现数据错误或异常应及时处理，对日照计进行维护或维修。

为保证获得准确的日照数据，应定期清洁玻璃罩。清理玻璃罩上污垢时，应以软布擦拭，污垢不易清除时，可用酒精或者清水轻拭干净。清洁时请勿使用带腐蚀性的溶液及硬质布。每周定期清洁，清洁应在日出前或日落后进行。

每周定期检查日照计内干燥剂状况，日照传感器腔内设置有湿度指示剂，当传感器内湿度上升时湿度指示剂颜色发生变化；根据颜色显示，当变为与40%标识颜色一致时，需要及时更换干燥剂。

若发生雨、雪、露、霜、雾等天气，应及时擦除光学镜筒上的雨雪和凝结物；当传感器表面发生覆冰时，请勿用硬物对其进行敲打，可以待传感器自身加热覆冰融化后再进行清理或使用硬橡胶进行清理。

每月定期检查仪器的水平、方位和纬度（倾角），发现问题及时纠正。

每月检查供电设施，保证供电安全，一般每2～3个月给蓄电池充放电1次，强雷暴天气过程之后要及时查看机箱内部空气开关是否跳闸；定期更换蓄电池，或蓄电池有液体流出，应当立即更换新蓄电池。

每年春季对防雷设施、设备接地状况进行一次全面检查，检查接地电阻是否符合气象设施防雷要求。

定期查看产品的各个部分是否损伤或老化，尤其是在自然条件较为恶劣的地区；如果损坏或腐蚀应及时进行处理、更换。

日照计使用过程中需要定期进行计量检定。

4 结语

2020年气象观测业务全面自动化是中国气象局的既定目标，光电式数字日照计的应用与普及，对气象观测全面自动化起到了有力地促进作用，能够解放出大量观测人员充实台站气象服务力量。DFC3光电式数字日照计作为气象自动观测仪器，虽能长时间独立运行，且性能较稳定，但作为一款电子设备，难免在运行过程中不出现故障。因此，业务人员有必要掌握故障排查和维护方法，当设备出现故障时能快速准确的判断出原因并及时解决问题，从而避免气象观测数据的缺测。

参考文献

[1] 地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：82.

[2] WMO.气象仪器与观测方法指南[M].北京：气象出版社，2008：24-30.