DFC2數(shù)字式日照計(jì)日常維護(hù)及故障排除
2019-04-01 14:15:48黃初龍胡衛(wèi)芬董思平
城市建設(shè)理論研究(電子版) 2019年17期
黃初龍 胡衛(wèi)芬 耿 瓊 鄧 祥 董思平
云南省尋甸回族彝族自治縣氣象局 云南 昆明 655200
日照是指與天空背景漫射光的日盤(pán)亮度相關(guān)的、或易于由人眼觀測(cè)的、并在受照射物背面出現(xiàn)陰影等有關(guān)的現(xiàn)象，是中國(guó)氣象局統(tǒng)一布局觀測(cè)項(xiàng)目之一，各級(jí)氣象臺(tái)站均須觀測(cè)。日照時(shí)數(shù)定義為太陽(yáng)直接輻照度達(dá)到或超過(guò)120W/m2的那段時(shí)間總和，以小時(shí)（h）為單位，取一位小數(shù)。
我國(guó)氣象觀測(cè)站使用的日照觀測(cè)儀器有喬唐式日照計(jì)、 聚焦式日照計(jì)、太陽(yáng)直射輻射表和日照傳感器。2018年以前我國(guó)大多數(shù)臺(tái)站使用的是喬唐式日照計(jì)（也稱(chēng)暗筒式日照計(jì)），只有少數(shù)高緯度臺(tái)站使用聚焦式日照計(jì)，利用太陽(yáng)光通過(guò)儀器上的小孔射入筒內(nèi)，使涂有感光劑的日照紙上留下感光跡線(xiàn)，來(lái)計(jì)算日照時(shí)數(shù)。日照紙需使用赤血鹽（鐵氰化鉀）和枸櫞酸鐵銨（檸檬酸鐵銨）分別與水按照1:10和3:10比例配好藥液進(jìn)行涂刷。2018年開(kāi)始，云南省國(guó)家級(jí)氣象臺(tái)站已布設(shè)了DFC2型光電式數(shù)字日照計(jì)，包含 HYSD-1 型光電式數(shù)字日照傳感器、供電系統(tǒng)和安裝支架三個(gè)部分，該日照計(jì)集光電信號(hào)采集、處理、存儲(chǔ)、通信、實(shí)時(shí)時(shí)鐘為一體，光電式感應(yīng)響應(yīng)快、 測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、可長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立運(yùn)行，且安裝 方便、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)。
目前DFC2型光電式數(shù)字日照計(jì)已經(jīng)正式投入云南省氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行，為進(jìn)一步提高設(shè)備保障維護(hù)能力和業(yè)務(wù)質(zhì)量，結(jié)合尋甸國(guó)家氣象觀測(cè)站業(yè)務(wù)運(yùn)行情況對(duì)其使用維護(hù)和故障排除進(jìn)行分析總結(jié)。
1 測(cè)量原理
DFC2 光電式數(shù)字日照計(jì)包含 HYSD-1 型光電式數(shù)字日照傳感器、供電系統(tǒng)和安裝支架三個(gè)部分。HYSD-1型光電式數(shù)字日照傳感器是一款基于總輻射-散射輻射測(cè)量原理、無(wú)需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的高精度數(shù)字化光電式日照觀測(cè)設(shè)備，主要由光筒和緯度調(diào)節(jié)裝置組成。光筒內(nèi)部核心感應(yīng)部件是三個(gè)光電感應(yīng)器件，其中 1 個(gè)光電感應(yīng)器件用于測(cè)量總輻射，另外 2 個(gè)光電感應(yīng)器件用于測(cè)量散射輻射，其遮光罩采用特殊的全分天空方式，使二者不能同時(shí)暴露于陽(yáng)光下，用于測(cè)量散射輻射，輸出電壓信號(hào)。感應(yīng)部件外裝有JGS3石英玻璃筒，它可透過(guò) 270～3200nm 波長(zhǎng)的輻射，并保護(hù)內(nèi)部感應(yīng)部件不被灰塵污染。光筒底部安裝數(shù)據(jù)采集處理單元電路板，輸出數(shù)字信號(hào)，并自帶 1W 和 10W 加熱器，在溫度較低時(shí)，可自動(dòng)啟動(dòng)加熱。光筒頂部裝有干燥劑，防止水汽凝結(jié)。
HYSD-1 型光電式數(shù)字日照傳感器硬件采用集成化、微型化設(shè)計(jì)，便于集成在傳感器光筒內(nèi)，具體線(xiàn)路見(jiàn)圖一。實(shí)現(xiàn)對(duì)三路光電感應(yīng)器件的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算得到直接輻射數(shù)據(jù)，并對(duì)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行累加計(jì)算得到日照觀測(cè)數(shù)據(jù)。日照傳感器內(nèi)部具有 64M bit Flash 存儲(chǔ)，可存儲(chǔ)六個(gè)月的分鐘數(shù)據(jù)。并帶有 1W 和 10W 加熱控制單元，可根據(jù)用戶(hù)需要選擇是否啟用自動(dòng)加熱功能。日照傳感器以 RS-232 通信方式與主機(jī)進(jìn)行交互。
圖一 DFC2光電式數(shù)字日照計(jì)線(xiàn)路圖
2 DFC2型光電式數(shù)字日照計(jì)常見(jiàn)故障處理
2.1 接收不到數(shù)據(jù)
主要原因: ISOS 軟件和日照傳感器內(nèi)部設(shè)置錯(cuò)誤、斷電或者供電異常、航空插頭未插好或者線(xiàn)路斷路、傳感器故障等。
檢查步驟: 檢查 ISOS 軟件日照的COM口是否與串口服務(wù)器上的COM口相一致，COM口通訊參數(shù)與R232通訊方式的波特率（9600，8，N，1）相一致；檢查日照傳感器的航空插頭是否有短路或者斷路、松動(dòng)、接觸不良等問(wèn)題。斷路或者短路主要通過(guò)用萬(wàn)用表的一支筆接觸信號(hào)線(xiàn)一端的一根線(xiàn)芯，另一支筆依次對(duì)信號(hào)線(xiàn)另一端的同一根線(xiàn)芯接觸，測(cè)試其通斷性，檢測(cè)信號(hào)線(xiàn)兩端各線(xiàn)芯之間是否存在短路（不同線(xiàn)芯之間）或斷路（同一根線(xiàn)芯上）。若斷路或者短路，重新更換線(xiàn)纜后排除故障；檢查供電機(jī)箱是否供電正常。先測(cè)量日照傳感器航空插頭的B和 A端子電壓是否正常（9～15V）。若電壓為 0V，則可能是電源線(xiàn)路短路或者短路、刀片開(kāi)關(guān)未插好、保險(xiǎn)絲損壞、蓄電池?fù)p壞，逐項(xiàng)檢查。若電壓較低，一般是蓄電池老化或者給蓄電池充電的電源有問(wèn)題導(dǎo)致的電源故障，重新更換相關(guān)備件后即可恢復(fù)。
2.2 接入ISOS導(dǎo)致觀測(cè)次數(shù)低和觀測(cè)成功率為0%
主要原因：傳感器相關(guān)設(shè)置不正確，進(jìn)入調(diào)試模式等多方面的原因。
檢查步驟: 一是觀測(cè)成功次數(shù)僅有開(kāi)機(jī)的一次的問(wèn)題。主要表現(xiàn)為安裝好日照傳感器，連接串口服務(wù)器并且掛機(jī)完成但觀測(cè)成功率僅有開(kāi)機(jī)的一次，在串口終端發(fā)“READDATA”命令返回正常的以BG開(kāi)頭ED結(jié)尾的命令回復(fù)，并且還有幾串以SR開(kāi)頭SD結(jié)尾的命令串。在ISOS軟件設(shè)備管里菜單下的終端維護(hù)或者串口調(diào)試軟件中發(fā)送“SETSMPCOM，0”命令，串口終端應(yīng)回復(fù)T，并且再讀取數(shù)據(jù)無(wú)SR開(kāi)頭SD結(jié)尾的命令串，若出現(xiàn)串口終端回復(fù)
2.3 日照數(shù)據(jù)測(cè)量誤差偏大
主要原因: 傳感器被遮擋，光污染，安裝及設(shè)置不正確，傳感器故障。
檢查步驟:檢查光電式數(shù)字日照傳感器的玻璃罩是否有灰塵，如有則用用軟布將光筒擦凈；查看日照傳感器附近是否有障礙物遮擋或者鏡面建筑反光所導(dǎo)致的誤差，如有及時(shí)拆除相關(guān)障礙物或者光污染源；每月應(yīng)檢查儀器安裝情況，儀器的水平、方位、緯度等是否正確，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)糾正，若安裝不正確，會(huì)影響測(cè)量精度。
2. 4玻璃罩長(zhǎng)時(shí)間結(jié)霜或起霧
主要原因：自動(dòng)加熱功能關(guān)閉、供電系統(tǒng)故障。
檢查步驟：用ISOS軟件設(shè)備管里菜單下的終端維護(hù)或者串口調(diào)試軟件中“HEATCTRL”命令查看是否禁用自動(dòng)加熱功能，如返回值為0，6，則未開(kāi)啟，發(fā)送“HEATCTRL，1，6”命令打開(kāi)自動(dòng)加熱功能，或者“HEATCTRL，0，3”命令強(qiáng)制打開(kāi) 10W 加熱功能。若已經(jīng)打開(kāi)自動(dòng)加熱功能，工作一定時(shí)間后仍未除霜或除霧，則進(jìn)行下面檢查。
查看日照計(jì)的傳感器插頭是否松動(dòng)、接觸不良。若松動(dòng)，將航空插頭重新插接緊固，檢查供電機(jī)箱是否供電正常，檢查傳感器航空插頭的B和 A端端子電壓是否低于停止加熱的電壓閾值，如果低于電壓閾值則DFC2日照傳感器自動(dòng)停止加熱。如果電壓正常，則聯(lián)系廠(chǎng)家工作人員維修。
3 日常維護(hù)
每天日出前、日落后，應(yīng)檢查DFC2日照傳感器玻璃罩是否清潔、干凈，遇有灰塵、凝結(jié)物等影響源時(shí)要及時(shí)用軟布將傳感器光筒擦凈；每天19時(shí)檢查DFC2日照計(jì)時(shí)鐘情況。光電式數(shù)字日照計(jì)時(shí)鐘精度誤差≤2秒/月，若時(shí)鐘誤差偏大，可用“DATETIME”命令重新設(shè)置當(dāng)前時(shí)間；每天定時(shí)三次檢查顏色指示卡是否變色，出現(xiàn)30%濕度點(diǎn)變?yōu)榉凵珪r(shí)需要引起業(yè)務(wù)值班人員注意，出現(xiàn)40%濕度點(diǎn)變?yōu)榉凵珪r(shí)業(yè)務(wù)值班人員必須及時(shí)更換干燥劑，出現(xiàn) 50%濕度點(diǎn)變?yōu)榉凵珪r(shí)業(yè)務(wù)值班人員需要檢查玻璃罩是否密封不嚴(yán)或者有縫隙等現(xiàn)象。
每天定時(shí)查看日照傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)天天氣情況和最近相同天氣的日照數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)真分析日照傳感器數(shù)據(jù)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)有問(wèn)題時(shí)要及時(shí)啟用備份儀器進(jìn)行觀測(cè)。
若DFC2日照傳感器附近出現(xiàn)光污染、障礙物等影響觀測(cè)質(zhì)量時(shí)，應(yīng)及時(shí)向上級(jí)氣象部門(mén)、當(dāng)?shù)攸h委和政府匯報(bào)，及時(shí)拆除相關(guān)影響源，確保氣象探測(cè)環(huán)境不被破壞；當(dāng)傳感器表面出現(xiàn)覆冰時(shí)，請(qǐng)勿用棍棒、金屬、玻璃等硬物進(jìn)行剝離，使用傳感器自身加熱功能后再進(jìn)行清理。
每月定期檢查日照傳感器的各個(gè)部分是否被腐蝕或者自然損壞，特別是在自然條件較為惡劣的臺(tái)站。如果有損壞或者腐蝕應(yīng)當(dāng)立即進(jìn)行處理、更換；每月對(duì)日照傳感器的安裝的緯度、水平位置、南北安裝方位，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理。
每月定期檢查是否出現(xiàn)采集電路溫漂嚴(yán)重或光電感應(yīng)器件老化等現(xiàn)象，若出現(xiàn)及時(shí)進(jìn)行更換。
每月檢查供電設(shè)施，保證供電安全，每季度給蓄電池和備用UPS電源充放電 1 次，出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程時(shí)要注意檢查電源空氣開(kāi)關(guān)是否跳閘；蓄電池若長(zhǎng)時(shí)間不使用，投入使用之前要檢查電壓情況。電池長(zhǎng)時(shí)間使用后應(yīng)當(dāng)定期查看是否有液體流出，如果有應(yīng)當(dāng)立即更換新電池。
DFC2數(shù)字日照計(jì)使用兩年以上時(shí)，需由相關(guān)計(jì)量部門(mén)對(duì)其靈敏度進(jìn)行檢定，若檢定不合格，需重新更換傳感器。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)向縱深推進(jìn)，伴隨各類(lèi)新型業(yè)務(wù)設(shè)備大量出現(xiàn)，對(duì)業(yè)務(wù)人員的裝備保障和維護(hù)能力提出了更高的要求，特別是DFC2光電式數(shù)字日照計(jì)才運(yùn)行一年多，更是我們平時(shí)需要重點(diǎn)掌握的地方。
DFC2數(shù)字日照計(jì)較喬唐式日照計(jì)（也稱(chēng)暗筒式日照計(jì)）具有觀測(cè)精度高、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便等特點(diǎn)，但作為一款新型日照觀測(cè)設(shè)備在業(yè)務(wù)運(yùn)行過(guò)程中難免不出現(xiàn)采集電路溫漂嚴(yán)重或光電感應(yīng)器件老化等問(wèn)題。因此，業(yè)務(wù)人員有必要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)新型氣象觀測(cè)設(shè)備的觀測(cè)原理、設(shè)備維護(hù)和故障排除等加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提升氣象裝備保障業(yè)務(wù)能力和水平，當(dāng)出現(xiàn)氣象觀測(cè)設(shè)備故障時(shí)能快速準(zhǔn)確的查明原因、排除故障、解決問(wèn)題，進(jìn)一步提升氣象觀測(cè)資料的質(zhì)量和效益。
