DFC3光電式數(shù)字日照計故障排查與維護

朱一正 楊嚴意 董猛

摘 要：本文闡述光電式數(shù)字日照計設備結構與原理，例舉DFC3光電式數(shù)字日照計運行過程中的常見故障，給出排查方法及日常維護措施，旨在為氣象臺站維護該型設備提供技術參考。

關鍵詞：DFC3光電式數(shù)字日照計；工作原理；故障排查；日常維護

中圖分類號：S16 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415022

日照是表征當?shù)貧庀鬆顩r和氣候特點的重要氣象要素，是中國氣象局統(tǒng)一布局觀測項目之一，各臺站均須觀測。目前大多數(shù)臺站使用的是暗筒式日照計，用赤血鹽（定影劑）、枸櫞酸鐵銨（感光劑）與水按照一定的比例配制成藥劑，將藥劑涂在日照紙上，每天將涂有藥劑的日照紙置于暗筒式日照計內，記錄一天的日照時數(shù)。其缺點是藥劑質量的好壞，以及涂藥方法是否恰當均可造成儀器測量的誤差[1]，并且每天需要更換日照紙。隨著中國氣象局觀測業(yè)務全面自動化的推進，一些國家級氣象臺站已布設了DFC3型光電式數(shù)字日照計，該日照計集光電信號采集、處理、存儲、通信、實時時鐘為一體，光電式感應響應快、測量精度高、性能穩(wěn)定、可長時間獨立運行，且安裝方便、操作簡單、易于維護。亦可為農(nóng)業(yè)和旅游業(yè)等提供精確的日照時數(shù)信息。

1 測量原理

光電式數(shù)字日照計是一款基于總輻射-散射輻射測量原理、無需機械轉動的高精度數(shù)字化光電式的日照觀測設備，主要由光電式數(shù)字日照傳感器、數(shù)據(jù)處理單元、供電單元、通信單元、安裝附件等部分組成。其傳感器采用置于光學鏡筒中的3個同軸光電感應器對總輻射和散射輻照進行自動連續(xù)觀測，根據(jù)計算出的直接輻照度判斷有無日照（測量原理如圖1）。3個帶有圓柱形漫射器的光電管D1、D2、D3分別安置在同一軸線上，并通過遮光罩及其入射窗W1、W2對入射到D2、D3上的輻射進行約束。

光電管D1在360°的環(huán)形范圍內接收總輻射。D2和D3接收環(huán)形范圍內不同方向上的輻射，由于W1、W2采用對向設計，所以無論太陽在哪個方向其直接輻射只能照射到D2、D3中的1只，其中較小的輸出值即為散射輻射。直接輻射為總輻射和散射輻射的差值，若直接輻照度≥120W·m-2則算作有日照[2]，把時間進行累計，得到每小時和每天的日照時數(shù)。

2 DFC3型光電式數(shù)字日照計常見故障處理

2.1 ISOS軟件接收不到數(shù)據(jù)

主要原因有：ISOS軟件通訊參數(shù)設置不正確，日照傳感器內部設置不正確，供電、通信線路連接不正常，傳感器故障等。

檢查步驟：

檢查ISOS軟件日照的串口號及串口參數(shù)（9600，8，N，1）是否正確，串口的工作方式是否為RS485 通訊方式；檢查日照計的臺站號、數(shù)據(jù)傳輸握手機制方式、日期、時間是否設置正確。若不正確，應設置正確的臺站號、數(shù)據(jù)傳輸為被動讀取方式，并設置日照傳感器內部時間與上位機系統(tǒng)時間（北京時間）一致；檢查日照計的航空插頭是否松動、接觸不良。若松動，將航空插頭重新插接緊固；檢查供電機箱是否供電正常。機箱內部的空氣開關接外部220V交流電，交流電通過開關電源轉換為12V直流電，直流電再經(jīng)過導軌保險和導軌刀閘接到接線端子供日照傳感器使用。用萬用表逐級測量電壓是否正常，判斷故障發(fā)生位置。若保險絲斷，更換新保險絲，若接線松動，重新接線并緊固；檢查從日照傳感器到業(yè)務電腦的信號線、通訊線是否連接正常。若不正常，重新接線并緊固。

若上述檢查均沒有問題，利用串口調試助手（9600，8，N，1），通過黃色信號線的RS232直接向日照傳感器發(fā)送READDATA命令，查看日照傳感器有無返回當前分鐘的數(shù)據(jù)。若返回數(shù)據(jù)，說明日照傳感器正常；若返回EXCARD NONE，說明日照傳感器內部存儲卡故障；若無響應，說明日照傳感器故障。

2.2 日照數(shù)據(jù)誤差偏大（最大允許誤差：±10%）

主要原因：傳感器被遮擋，光污染，安裝及設置不正確，傳感器故障。

檢查步驟：檢查玻璃罩是否有污垢。若有，用軟布及時清理，當有泥垢等粘附物先用濕布清潔，再用干軟布清理；檢查日照計安裝位置周圍是否有障礙物、反射面或者明顯的污染源。若有，應及時進行處理；檢查日照傳感器頭部是否指向北，傾斜角度是否與當?shù)鼐暥戎狄恢?；檢查日照計經(jīng)緯度參數(shù)是否與安裝地經(jīng)緯度一致。若不一致，用LAT和LONG命令對日照計經(jīng)緯度參數(shù)進行重新設置。

若上述檢查均沒有問題，說明日照傳感器可能發(fā)生故障，需更換傳感器。

2.3 日照計加熱功能失效

加熱功能作用：日照傳感器內置的加熱器可以加速雨、雪和霜的消融，包括2檔加熱分別為1W和10W，當溫度低于14℃時開啟1W加熱，當溫度低于6℃時開啟10W加熱。

主要原因：供電系統(tǒng)故障，傳感器內部控制繼電器故障。

檢查步驟：檢查日照計的航空插頭是否松動、接觸不良。若松動，將航空插頭重新插接緊固；檢查供電機箱是否供電正常。檢查方法同2.1。

若上述檢查均沒有問題，說明日照計內部加熱控制電路可能發(fā)生故障，可以使用GCD命令查看日照傳感器內部加熱狀態(tài)信息（正常情況能顯示日照信號電壓、日照腔內電壓等信息），若存在故障，需更換傳感器。

3 日常維護

在業(yè)務運行中，要取得客觀、準確的日照數(shù)據(jù)應做好日照計的日常巡視、維護工作。

發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤或異常應及時處理，對日照計進行維護或維修。

為保證獲得準確的日照數(shù)據(jù)，應定期清潔玻璃罩。清理玻璃罩上污垢時，應以軟布擦拭，污垢不易清除時，可用酒精或者清水輕拭干凈。清潔時請勿使用帶腐蝕性的溶液及硬質布。每周定期清潔，清潔應在日出前或日落后進行。

每周定期檢查日照計內干燥劑狀況，日照傳感器腔內設置有濕度指示劑，當傳感器內濕度上升時濕度指示劑顏色發(fā)生變化；根據(jù)顏色顯示，當變?yōu)榕c40%標識顏色一致時，需要及時更換干燥劑。

若發(fā)生雨、雪、露、霜、霧等天氣，應及時擦除光學鏡筒上的雨雪和凝結物；當傳感器表面發(fā)生覆冰時，請勿用硬物對其進行敲打，可以待傳感器自身加熱覆冰融化后再進行清理或使用硬橡膠進行清理。

每月定期檢查儀器的水平、方位和緯度（傾角），發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

每月檢查供電設施，保證供電安全，一般每2～3個月給蓄電池充放電1次，強雷暴天氣過程之后要及時查看機箱內部空氣開關是否跳閘；定期更換蓄電池，或蓄電池有液體流出，應當立即更換新蓄電池。

每年春季對防雷設施、設備接地狀況進行一次全面檢查，檢查接地電阻是否符合氣象設施防雷要求。

定期查看產(chǎn)品的各個部分是否損傷或老化，尤其是在自然條件較為惡劣的地區(qū)；如果損壞或腐蝕應及時進行處理、更換。

日照計使用過程中需要定期進行計量檢定。

4 結語

2020年氣象觀測業(yè)務全面自動化是中國氣象局的既定目標，光電式數(shù)字日照計的應用與普及，對氣象觀測全面自動化起到了有力地促進作用，能夠解放出大量觀測人員充實臺站氣象服務力量。DFC3光電式數(shù)字日照計作為氣象自動觀測儀器，雖能長時間獨立運行，且性能較穩(wěn)定，但作為一款電子設備，難免在運行過程中不出現(xiàn)故障。因此，業(yè)務人員有必要掌握故障排查和維護方法，當設備出現(xiàn)故障時能快速準確的判斷出原因并及時解決問題，從而避免氣象觀測數(shù)據(jù)的缺測。

參考文獻

[1] 地面氣象觀測規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003：82.

[2] WMO.氣象儀器與觀測方法指南[M].北京：氣象出版社，2008：24-30.