DFC1型光電式數(shù)字日照計(jì)常見故障檢修及維護(hù)方法

解 帥，唐玉強(qiáng)，齊元元

（伊犁州氣象局，新疆 伊寧 835000）

0 引言

日照是指太陽在一地實(shí)際照射的時(shí)數(shù)，它是表征當(dāng)?shù)貧庀鬆顩r和氣候特點(diǎn)的重要?dú)庀笠?，為天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、氣象服務(wù)等提供重要依據(jù)[1]，是各氣象臺(tái)站均須觀測(cè)的項(xiàng)目之一。2018 年以前普遍采用的是暗筒式日照計(jì)人工觀測(cè)，2018 年各氣象臺(tái)站普遍布設(shè)光電式數(shù)字日照計(jì)，它能實(shí)現(xiàn)日照的自動(dòng)連續(xù)觀測(cè)，具有精度高、功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，有效避免了人工主觀性的影響。2019 年7 月1日起，新疆50個(gè)氣象臺(tái)站正式開展地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化改革單軌運(yùn)行，日照以光電式數(shù)字日照計(jì)自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)作為正式觀測(cè)記錄，取消日照人工觀測(cè)。新型光電式數(shù)字日照計(jì)運(yùn)行近2 年以來，整體運(yùn)行穩(wěn)定，但部分氣象臺(tái)站出現(xiàn)過因故障造成數(shù)據(jù)中斷、偏差等現(xiàn)象，部分業(yè)務(wù)人員對(duì)設(shè)備原理及檢修知識(shí)了解較少，對(duì)于突發(fā)的故障問題不能快速有效解決。故本文以伊犁本地10 個(gè)氣象臺(tái)站布設(shè)的DFC1 型光電式數(shù)字日照計(jì)為例，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，分析總結(jié)了在業(yè)務(wù)運(yùn)行中常見故障的檢修方法及維護(hù)要點(diǎn)。

1 結(jié)構(gòu)及原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，DFC1 型光電式數(shù)字日照計(jì)主要由FS -RZ1 日照傳感器、數(shù)據(jù)調(diào)試模塊、通信模塊、供電模塊和安裝附件組成。供電模塊將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電為傳感器和其他組件供電，并為蓄電池充電。傳感器通過測(cè)量總輻射和散射輻射得到太陽直接輻射輻照度，再與120 W/m2的閾值進(jìn)行比較，輸出高低電平（1V/0V）和RS -232 信號(hào)。數(shù)據(jù)調(diào)試模塊提供本地調(diào)試接口，用于設(shè)置傳感器參數(shù)和讀取日照數(shù)據(jù)。通信模塊包括光纖轉(zhuǎn)換模塊和多模光纖跳線等，將日照RS-232 信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，通過光纖傳輸至串口服務(wù)器對(duì)應(yīng)串口，同自動(dòng)氣象站、降水現(xiàn)象儀等數(shù)據(jù)匯總傳輸至終端計(jì)算機(jī)[2]。

圖1 DFC1型光電式數(shù)字日照計(jì)系統(tǒng)框圖

1.2 FS-RZ1日照傳感器測(cè)量原理

如圖2 所示，3 個(gè)帶有圓柱形漫射器的光電管D1、D2和D3分別安置在同一軸線上，并通過遮光罩及其入射窗W1 和W2 對(duì)入射到D2 和D3 上的輻射進(jìn)行約束。D1 在360 度的環(huán)形范圍內(nèi)接收總輻射，D2 和D3 接收環(huán)形范圍內(nèi)不同方向上的輻射，而太陽直接輻射只能照射到D2 和D3 中的一只，其中較小的一個(gè)即為散射輻射。直接輻射為總輻射和散射輻射的差值，當(dāng)直接輻射輻照度≥120 W/m2時(shí)算作有日照。

圖2 DFC1型光電式數(shù)字日照計(jì)測(cè)量原理圖

2 常見故障檢修流程

造成日照數(shù)據(jù)缺測(cè)或異常等問題的因素有很多，當(dāng)發(fā)現(xiàn)主站ISOS 軟件日照數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)切換備站數(shù)據(jù)，主備站同時(shí)故障時(shí)需啟動(dòng)人工日照計(jì)觀測(cè)，并進(jìn)行檢修。

2.1 日照數(shù)據(jù)缺測(cè)

2.1.1串口服務(wù)器至室內(nèi)終端機(jī)傳輸中斷

當(dāng)ISOS 軟件中日照數(shù)據(jù)顯示缺測(cè)時(shí)，首先考慮終端計(jì)算機(jī)至串口服務(wù)器之間的信號(hào)傳輸是否中斷。檢查ISOS 軟件首頁界面的指示燈和數(shù)據(jù)顯示是否正常，自動(dòng)站、降水現(xiàn)象儀等其他串口數(shù)據(jù)是否正常采集。若其他數(shù)據(jù)正常采集則進(jìn)行下一步檢查，若其他數(shù)據(jù)同時(shí)缺測(cè)則需對(duì)終端計(jì)算機(jī)至串口服務(wù)器之間各組件進(jìn)行分段檢查。

準(zhǔn)備筆記本電腦、網(wǎng)線或串口連接線，筆記本電腦需安裝SSCOM 串口調(diào)試軟件和相關(guān)驅(qū)動(dòng)。首先用筆記本電腦連接室內(nèi)光纖通信盒，打開SSCOM串口調(diào)試軟件，選擇自動(dòng)站、降水現(xiàn)象儀或日照任意一個(gè)接口，串口參數(shù)設(shè)為9600、N、8、1。發(fā)送常規(guī)命令TIME 或DATE 等，若回復(fù)正常則是終端機(jī)至室內(nèi)光纖通信盒之間網(wǎng)線或終端機(jī)出問題，檢查終端機(jī)、網(wǎng)線等組件是否正常；若無回復(fù)繼續(xù)連接觀測(cè)場(chǎng)串口服務(wù)器重復(fù)命令操作，如果命令回復(fù)正常則可能是連接室內(nèi)的光纖接錯(cuò)或中斷，如果無回復(fù)則是串口服務(wù)器出問題，需要重啟串口服務(wù)器或檢查其供電、信號(hào)電纜等。

2.1.2ISOS軟件串口參數(shù)錯(cuò)誤

檢查ISOS軟件中日照的串口號(hào)是否和PORT口對(duì)應(yīng)，串口參數(shù)是否為9600、N、8、1，若正常進(jìn)行下一步檢查。

2.1.3供電模塊故障

準(zhǔn)備萬用表，依次檢查觀測(cè)場(chǎng)供電箱內(nèi)日照計(jì)交流供電、日照計(jì)機(jī)箱內(nèi)交流輸入、變壓器直流輸出、蓄電池直流電壓和傳感器負(fù)載電壓、光纖轉(zhuǎn)換器供電電壓是否正常（交流供電154～286 V，直流9～15 V），如果都正常則進(jìn)行下一步檢查。

傳感器負(fù)載電壓可通過測(cè)量調(diào)試模塊底部紅棕線電壓或直接觀察FS -RZ1 日照傳感器底部指示燈閃爍情況判斷，若指示燈長(zhǎng)暗，則表示供電異常，同時(shí)判斷傳感器至機(jī)箱調(diào)試模塊是否通信異常（1/4 秒快閃為通信異常，秒閃為正常），若異常需要檢查連接線纜是否斷路和航空頭是否松動(dòng)。

2.1.4日照計(jì)機(jī)箱至串口服務(wù)器傳輸中斷

在ISOS 軟件的維護(hù)終端和串口服務(wù)器端，向日照計(jì)發(fā)送READDATA 命令，如果均不能正?；貜?fù)，但在日照計(jì)機(jī)箱內(nèi)的調(diào)試模塊端可以正?；貜?fù)數(shù)據(jù)，則是日照計(jì)機(jī)箱到串口服務(wù)器間的傳輸中斷。若調(diào)試模塊端不能正常回復(fù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一步檢查。

檢查日照計(jì)機(jī)箱至串口服務(wù)器之間的光纖線序是否交叉，兩端的光纖轉(zhuǎn)換器供電是否正常，撥碼開關(guān)是否為1-on、2-off、3-off、4-off，對(duì)應(yīng)RS-232線序是否正確。若以上均正常，將日照計(jì)機(jī)箱內(nèi)光纖轉(zhuǎn)換器RS-232 的Rx、Tx 線短接，在串口服務(wù)器端發(fā)送任意字符如TEST，如果回復(fù)TEST 則表示光纖暢通，進(jìn)行下一步檢查。若無回復(fù)更換機(jī)箱內(nèi)的光纖轉(zhuǎn)換器繼續(xù)短接測(cè)試，以確定是光纖中斷或光纖轉(zhuǎn)換器故障。

2.1.5日照傳感器故障

在ISOS 軟件的維護(hù)終端、串口服務(wù)器端和機(jī)箱內(nèi)調(diào)試模塊分別發(fā)送READDATA 命令，如果均是回復(fù)亂碼或無回復(fù)，用萬用表直流電壓檔測(cè)量調(diào)試模塊下方傳感器信號(hào)模擬量輸出（黃綠線），有日照時(shí)應(yīng)輸出高電平（1V），無日照時(shí)應(yīng)輸出低電平（0V），測(cè)量結(jié)果與另一臺(tái)主/備站傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若不相符說明該傳感器出現(xiàn)故障，必要時(shí)更換備件進(jìn)行測(cè)試，以確定是否故障。當(dāng)確定為傳感器故障時(shí)應(yīng)及時(shí)聯(lián)系廠家維修。

2.2 日照數(shù)據(jù)偏差較大

2.2.1參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤

當(dāng)主備站日照傳感器數(shù)據(jù)偏差較大時(shí)，首先需要檢查ISOS 軟件和傳感器的經(jīng)緯度、時(shí)差、時(shí)間等設(shè)置是否正確，若設(shè)置無誤進(jìn)行下一步檢查。

2.2.2傳感器污染

在ISOS 軟件維護(hù)終端發(fā)送READDATA 命令，檢查設(shè)備狀態(tài)碼是否正常，若設(shè)備狀態(tài)碼判別為“污染”，需要現(xiàn)場(chǎng)檢查數(shù)字日照計(jì)的光學(xué)鏡筒是否有灰塵或污垢，若有用軟布進(jìn)行清潔。若設(shè)備狀態(tài)碼正常進(jìn)行下一步檢查。

2.2.3傳感器安裝不規(guī)范

現(xiàn)場(chǎng)檢查日照傳感器的對(duì)稱軸線與南北方向是否平行、傳感器是否水平及緯度傾角是否精確。

2.2.4傳感器故障

如果以上檢查均正常，偏差較大原因可能是由傳感器采集電路溫漂嚴(yán)重或光電感應(yīng)器件老化造成，需要返廠校準(zhǔn)或維修。

2.3 傳感器光學(xué)鏡筒起霧或結(jié)霜

2.3.1自動(dòng)加熱功能關(guān)閉

在ISOS 軟件維護(hù)終端用“CPDEV”命令查看加熱控制配置情況，如返回值第二位為“0”，表示加熱禁用，用命令“CPDEV 0 2//30-30”或“CPDEV 1 2 6 14 30-30”恢復(fù)加熱配置。

2.3.2供電電壓不足

如果通過命令查看加熱控制配置無誤，繼續(xù)檢查日照機(jī)箱內(nèi)調(diào)試模塊下方的加熱電源（白灰線）是否低于電壓閾值12 V，如低于電壓閾值表明供電電壓不足，需按2.1.3中步驟檢查供電模塊故障。如電壓正常，電路內(nèi)部溫度檢查異?；蚣訜峥刂圃收希杪?lián)系廠家更換相應(yīng)元件。

3 日常維護(hù)

為保證傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)可靠性，應(yīng)在ISOS 軟件中設(shè)置“日照缺測(cè)”“狀態(tài)異?！薄肮╇娭袛唷钡葓?bào)警參數(shù)，保證在無人值守情況下設(shè)備異常時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)應(yīng)定期對(duì)傳感器進(jìn)行檢查維護(hù)。檢查維護(hù)內(nèi)容有：傳感器光學(xué)鏡筒的污染情況，在日出前或日落后進(jìn)行清潔；雨、雪、霧、霜、露等天氣下應(yīng)及時(shí)擦除光學(xué)鏡筒上的雨雪和凝結(jié)物；每周檢查干燥劑倉底部的濕度指示卡，當(dāng)顏色由藍(lán)色變成粉色時(shí)，需要及時(shí)更換上下兩端的干燥劑；定期檢查儀器的水平、方位和緯度等是否正確，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正；每年定期對(duì)設(shè)備防雷接地進(jìn)行檢測(cè)，接地電阻應(yīng)符合防雷要求；傳感器使用2 年以上應(yīng)由廠家或相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)。

4 結(jié)語

隨著中國(guó)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)全面自動(dòng)化的不斷推進(jìn)，DFC1 型光學(xué)數(shù)字日照計(jì)等新型自動(dòng)化設(shè)備不斷投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，在減輕氣象臺(tái)站業(yè)務(wù)工作量的同時(shí)對(duì)業(yè)務(wù)人員裝備保障維修能力要求日益提高。本文是日常工作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，希望能為氣象臺(tái)站業(yè)務(wù)人員提供一些幫助，以達(dá)到提高工作效率和觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的。