DZN2 型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀常見(jiàn)故障分析維修

摘 要：文章主要通過(guò) DZN2 型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹，分析各部分工作原理，結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)DZN2 型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀常見(jiàn)故障，給出相應(yīng)故障分析和測(cè)試方法，通過(guò)相應(yīng)技術(shù)手段排除故障，為技術(shù)裝備人員提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：DZN2 型 自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀 常見(jiàn)故障分析維修

中圖分類號(hào)：S152.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2020）06-0-02

一、引言

DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀可以快捷地對(duì)不同層次的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了土壤水分觀測(cè)的連續(xù)性，極大地提高了質(zhì)量和效率，為農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測(cè)和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供高質(zhì)量的土壤水分自動(dòng)觀測(cè)資料?？墒窃跇I(yè)務(wù)應(yīng)用過(guò)程中自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀也不時(shí)出現(xiàn)一些故障，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者在儀器常見(jiàn)故障的維修方面進(jìn)行了深入研究[1-3]。在日常技術(shù)保障中，總是能遇到各種各樣的問(wèn)題，為了快速解決遇到的問(wèn)題，需要熟知儀器的組成結(jié)構(gòu)、功能及測(cè)試辦法，還要掌握利用儀器調(diào)試軟件進(jìn)行測(cè)試和參數(shù)配置方法，這樣可以有效地提高故障排查能力，保障儀器設(shè)備正常運(yùn)行。

二、DZN2 型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀工作原理及系統(tǒng)組成

1.工作原理

DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀利用FDR （Frequancy Domain Reflection ）頻域反射原理，根據(jù)自動(dòng)土壤水分傳感器發(fā)出的電磁波在土壤介電常數(shù)中的頻率變化，計(jì)算出土壤的含水量。水分含量是決定土壤介電常數(shù)的主要因素。測(cè)量出土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定的反應(yīng)土壤的水分含量。DZN2 型傳感器探測(cè)到的頻率需要被轉(zhuǎn)換到真正的體積含水量，這個(gè)過(guò)程需要在傳感器讀出的頻率與測(cè)量的體積含水量之間建立特定的校準(zhǔn)等式，組成相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀監(jiān)測(cè)具有連續(xù)探測(cè)、數(shù)據(jù)精度高、儀器安裝簡(jiǎn)便、不破壞土層結(jié)構(gòu)以及可自由測(cè)量不同深度的土壤含水量等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[4]。

2.儀器的構(gòu)成

DZN2 型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀主要包括硬件和軟件兩部分，硬件主要包括土壤水分傳感器、數(shù)據(jù)釆集器、通信模塊、供電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)終端服務(wù)器;軟件主要包括數(shù)據(jù)采集軟件和數(shù)據(jù)瀏覽軟件。DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀由于多數(shù)安裝在農(nóng)作物地段，通常采用太陽(yáng)能供電方式。土壤水分傳感器根據(jù)需要確定土壤深度和層次，安裝距離采集箱1米以上。土壤水分觀測(cè)儀對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出土壤水分?jǐn)?shù)值，經(jīng)通信模塊發(fā)至數(shù)據(jù)中心站。如果采用有線方式，通過(guò)微機(jī)終端連接有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)向省級(jí)數(shù)據(jù)中心站的傳輸資料。因?yàn)榇蟛糠滞寥浪钟^測(cè)儀安裝農(nóng)作物地段，故大部分設(shè)備采用無(wú)線傳輸方式。在數(shù)據(jù)采集器配備通訊模塊，采用 GPRS/CDMA、GSM等方式實(shí)現(xiàn)采集器直接組網(wǎng)，向省級(jí)數(shù)據(jù)中心站直接傳輸資料。省級(jí)中心站將每個(gè)站點(diǎn)的頻率參數(shù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理在客戶端數(shù)據(jù)瀏覽軟件顯示，臺(tái)站通過(guò)數(shù)據(jù)瀏覽軟件對(duì)土壤水分儀進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)維修。（如圖1所示）

圖1 DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、DZN2型自動(dòng)土壤水分儀常見(jiàn)故障

1.供電問(wèn)題

DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的供電采用太陽(yáng)能和鉛酸蓄電池供電，由太陽(yáng)能板、充電控制器、鉛酸蓄電池組成。當(dāng)所有指示燈均不亮?xí)r，可以判斷為系統(tǒng)供電故障?？赏ㄟ^(guò)萬(wàn)用表直流 20VDC 檔量取蓄電池供電電壓來(lái)確定。供電系統(tǒng)排查流程：1、觀察太陽(yáng)能板各部位接線是否牢靠，表面是否清潔或被遮擋;2、測(cè)量蓄電池電壓是否正常，若電壓低于 10.8V 需更換蓄電池;3、測(cè)量太陽(yáng)能電池板供電是否正常，將供電線取下測(cè)量，如果輸出電壓過(guò)低需更換太陽(yáng)能板;4、電源控制器工作模式是否為“6.”，如果電源控制器的工作模式設(shè)置錯(cuò)誤，通過(guò)按鈕將工作模式改為正確模式“6.”;5、測(cè)量電源控制器直流輸出是否正常，如果其他都正常但直流輸出異常則需要更換電源控制器。

當(dāng)持續(xù)陰雨天氣時(shí)會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能充電能力不足，蓄電池可能出現(xiàn)虧電問(wèn)題。當(dāng)冬季氣溫較低時(shí)，蓄電池的容量也會(huì)減少，從而影響設(shè)備正常工作。出現(xiàn)設(shè)備供電不足時(shí)可以釆取更換新蓄電池、增加太陽(yáng)能板面積、提高蓄電池容量等措施排除故障，如果觀測(cè)站點(diǎn)能接入市電也可以接入市電。

2.瀏覽軟件上所有數(shù)據(jù)突然缺測(cè)

如果數(shù)據(jù)瀏覽軟件上DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀的數(shù)據(jù)全部缺測(cè)，結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)突然缺測(cè)可能的原因主要有：（1）供電異常;（2）通訊異常;（3）釆集器故障;（4）傳感器處理板異常;（5）連接線路異常。

結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將工作當(dāng)中運(yùn)用的排查流程羅列如下：

2.1供電檢查。電源指示燈應(yīng)該常亮，如果不亮，檢查采集器板的供電端子是否連接牢靠，拔掉重新接上電源端子，用萬(wàn)用表測(cè)量蓄電池電壓是否正常（正常范圍為 12V～15V），如不正常則需更換蓄電池，如電壓正常還不能啟動(dòng)，則說(shuō)明主機(jī)板故障，需更換主機(jī)板。

2.2通訊系統(tǒng)檢查。使用調(diào)試軟件通過(guò) RS232 接口與采集器通訊，首先進(jìn)行讀時(shí)鐘操作，如果讀時(shí)鐘正常，日期時(shí)間也正確，則說(shuō)明采集器串口通訊正常。如果讀時(shí)鐘異常，可去掉紐扣電池?cái)嚯娫偎碗?，如時(shí)間經(jīng)常不正常為紐扣電池饋電需要更換。

查看通訊指示燈是否常亮，如果不亮，應(yīng)檢查站點(diǎn)的 GPRS 信號(hào)狀況，如果當(dāng)?shù)氐?G信號(hào)不好，可以通過(guò)更換4G卡和通訊模塊實(shí)現(xiàn)升級(jí);檢查 SIM 卡是否欠費(fèi)停機(jī)，;檢查 GPRS 天線是否脫落，重新安裝即可，或更換新型的4G天線;通過(guò)通訊軟件讀取模塊中服務(wù)器 IP 地址和端口號(hào)、登錄apn是否正確，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，重新設(shè)置;如果以上各項(xiàng)檢查都正常，仍無(wú)法登陸服務(wù)器，則可判斷 GPRS 模塊出現(xiàn)故障，需更換通訊模塊。

2.3采集器運(yùn)行檢查。運(yùn)行指示燈是否正常閃爍，如不閃爍，則采集板故障，需更換采集板。讀取采集器參數(shù)是否正常，若參數(shù)正常指示燈異常，特別是 RUN 不亮需要更換采集板。

2.4如果以上檢查都正常，則做如下檢查：①接線端子檢查。檢查跳線帽是否脫落，用手按壓各層傳感器和主機(jī)板相連的排線插針，確保各個(gè)連接器件之間連接可靠。 ②傳感器外觀檢查。在徹底斷電的情況下，檢查各層傳感器，卡槽松動(dòng)或損壞、RS485 接口損壞、黃黑藍(lán)棕線序錯(cuò)誤、傳感器處理板損壞、連接排線松動(dòng)等問(wèn)題都可能導(dǎo)致傳感器與采集

器通訊無(wú)法正常連接，調(diào)試軟件將與各層傳感器無(wú)法進(jìn)行通訊調(diào)試。檢查線路做相應(yīng)測(cè)試，如不正常則更換線路及傳感器處理板。

3.瀏覽軟件上某層頻率為 0

一般為土壤水分傳感器故障，排查流程：將土壤水分探測(cè)器取出更換故障當(dāng)層傳感器，重新寫(xiě)入新裝當(dāng)層傳感器空氣頻率和水中頻率，若故障恢復(fù)則為傳感器故障，若故障未排除而新?lián)Q傳感器無(wú)故障則更換結(jié)構(gòu)件可能是連接排針處有問(wèn)題。

注意：1.更換傳感器要注意新傳感器地?fù)艽a開(kāi)關(guān)要與所在層數(shù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，2.更換新傳感器需向中心站告知新傳感器的空氣頻率和水中頻率參數(shù)。

4.數(shù)據(jù)異常跳變、超出范圍

主要原因有以下幾種：（1）自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀傳感器出現(xiàn)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)走勢(shì)異常。使用自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀數(shù)據(jù)瀏覽軟件查看土壤水分值，如果某個(gè)層次的水分值異常偏高或過(guò)低，則讀取該層的傳感器頻率值，正常范圍應(yīng)在30—80MHZ，若頻率值超出此范圍，則說(shuō)明該層傳感器可能接觸有問(wèn)題或已經(jīng)損壞。 確認(rèn)傳感器出現(xiàn)故障后，應(yīng)采用檢查傳感器是否進(jìn)水，如果進(jìn)水需要重新更換外套管來(lái)排除故障，同時(shí)需要更換新的傳感器。（2）安裝儀器不規(guī)范。查看土壤水分探測(cè)器周圍土壤是否與儀器緊密接觸，最好用鉆土的安裝方法，如果有龜裂現(xiàn)象要及時(shí)回填土。還不能恢復(fù)，需要重新選址安裝土壤水分探測(cè)器。（3）站址地點(diǎn)作物進(jìn)行澆灌造成數(shù)據(jù)異常。在進(jìn)行作物澆灌時(shí)及時(shí)聯(lián)系作物主人了解情況，以免對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤判，同時(shí)保證儀器不能進(jìn)水。（4）凍土的影響導(dǎo)致探測(cè)數(shù)據(jù)異常偏低。由于水的介電常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冰晶，當(dāng)土壤中水分凍結(jié)時(shí)，會(huì)造成測(cè)量結(jié)果偏小，因此，冬季出現(xiàn)凍土?xí)r土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)一般不考核。

四、小結(jié)

1. DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，自動(dòng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，具有自動(dòng)化，精度高， 極大地提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量和使用效率，對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

2.做好土壤水分觀測(cè)儀的安裝和維護(hù)工作能夠減少數(shù)據(jù)異常的發(fā)生。經(jīng)常對(duì)觀測(cè)場(chǎng)地進(jìn)行維護(hù)，防止觀測(cè)場(chǎng)地土壤龜裂帶來(lái)的數(shù)據(jù)異常。定期查看傳感器外防護(hù)管的密封情況，對(duì)供電系統(tǒng)及時(shí)檢查維護(hù)。

3. 當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各組成部件的功能，同時(shí)掌握故障測(cè)試和診斷方法能夠有效地提高故障排查效率，快速排除故障。

參考文獻(xiàn)

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[4]河南省氣象科學(xué)研究所.GStar-I（DZN2）型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀使用說(shuō)明書(shū)[Z].鄭州，2017.

作者簡(jiǎn)介：楊斌（1973—），男，河北省張家口市人，本科，工程師，從事氣象探測(cè)設(shè)備保障。