一次DZN1型自動土壤水分觀測儀故障的判斷與處理

韓貴香，宋 敏，相 峰

山東省博興縣氣象局，山東博興 256500)

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一次DZN1型自動土壤水分觀測儀故障的判斷與處理

韓貴香，宋 敏，相 峰

山東省博興縣氣象局，山東博興 256500)

以一次DZN1型自動土壤水分觀測儀的傳感器故障為例，對故障現象、故障的診斷和排除過程進行了詳細說明，總結了注意事項，為該設備的日常維護、故障排查等提供有利參考。

DZN1型自動土壤水分觀測儀；故障；判斷；處理

山東省土壤水分自動觀測站網安裝運行已有5年時間，期間各臺站陸續出現了各種問題，通過對土壤水分自動站故障問題的研究和總結，初步形成了一些經驗結論和研究成果[1-4]。如孫作啟等[1]分析發現自動土壤水分觀測儀產生測量誤差的原因主要有田間與傳感器處植被差異、傳感器不穩定兩類。朱保美等[2]對DZN1自動土壤水分觀測儀常出現的故障現象進行了歸納總結，并給出了相應的故障排除方法。博興縣氣象局在2009年安裝了DZN1型自動土壤水分觀測儀，2010年進行人工對比觀測1年，2011年開始自動土壤水分觀測數據正式投入業務應用。儀器自安裝運行以來，每日進行數據監測，定期進行儀器維護，儀器總體運行較穩定，期間也出現過一些故障。筆者以2014年10月20 cm 傳感器出現的一次故障為實例，詳細闡述了該故障點的定位和處理方法，以期為維修保障業務人員提供技術建議。

1　故障判斷

1.1故障現象2014年10月13日15：00，值班員在使用自動站數據時發現，20 cm土壤相對濕度與上下層濕度相比明顯異常，當時10、30 cm土壤相對濕度分別為78.9%和85.7%，40～80 cm層次相對濕度穩定趨于100%，而20 cm僅有46.7%。查看此前土壤水分資料發現，20 cm土壤水分自10月8日起即出現異常，以相對濕度來說明，自10月8日17：00開始相對濕度突顯異常，由16：00的81.7%急劇變化為17：00的10.3%，之后各個時次的濕度忽大忽小毫無規律可言，而其他層次的土壤濕度變化則十分緩慢且有規律。由此判斷20 cm土壤濕度數據出現異常。

1.2故障初判鎖定故障點后去現場查看，發現土壤水分觀測儀所在地段已播種小麥，經詢問，該地段正是10月8日進行了播種，與故障起始日期一致，但仔細觀察設備圍欄內及外圍附近地表面并無碾壓破壞跡象，基本排除了因農耕造成損壞的原因。打開采集箱查看，電池滿格，電源接線牢固，排除電源故障。檢查采集器主板上傳感器端子連接是否有松動發現，20 cm傳感器端子接入牢固。關閉采集器上的電源開關，重新啟動一次采集器，再從采集器顯示屏上讀取各層濕度，發現20 cm土壤濕度數據仍異常。經過上述幾個方面的篩查，初步判斷是20 cm傳感器故障造成該層數據異常。與廠家技術人員溝通交流，一致認為是傳感器方面的故障造成數據異常，只待進一步確認。

1.3故障確認DZN1型自動土壤水分觀測儀的安裝非常繁瑣，特別是傳感器端的安裝非常專業，必須把故障部件認定準確，才能最大限度地減少維修物力。在故障初判部分檢查數據傳輸正常，采集器顯示時間準確，電池滿格，采集器重新啟動后采集正常，因此，排除了傳輸模塊、電源系統及采集軟件出現故障的可能，故障確認的關鍵是要確定是傳感器故障還是傳感器連接采集器的接口端子故障，因傳感器埋于地下，沒有直接測量的方法，所以采取先測定傳感器接口端子的方法進行排除。測定方法為：①測定前記錄下開始時間及當時各層次的土壤濕度值。②在采集器上找到20 cm傳感器的接入端口，將傳感器接線端子中的+腳與-腳自采集器接線端子上擰下，用萬用表DC電壓2 V檔測量電纜接線端子+腳與-腳之間的電壓，電壓為0～1.2 V，說明20 cm傳感器有數據采集，但不能確定傳感器是否異常。③將采集器上10 cm 傳感器的接入端拔下，將其插在20 cm對應的采集器端口，讀取顯示的層次濕度值，該值實為10 cm的濕度值，與開始記錄的10 cm濕度值進行比較，結果數據顯示一致，證明20 cm的采集器接入端口正常，也就確定了是由于20 cm 傳感器端的故障造成了該層采集數據的異常。④將10 cm 傳感器接入端重新插回10 cm對應的采集器端口，再次讀取一次當前濕度值，保證數據一致，確保接入正常。經過上述測定，排除了采集器的20 cm接入端口故障，因此，故障點定位為20 cm傳感器損壞造成該層次的數據異常，需更換傳感器以排除故障。

2　故障排除

DZN1型自動土壤水分觀測儀的傳感器與電纜線集成一體，感應端外形粗大，更換時要求在不影響其他層次的傳感器和電纜線的情況下更換，技術關鍵是準確地挖出該層傳感器的土壤拋面和進行地下穿線。在傳感器更換前要記錄下開始時間，并記錄下當時各層次的數據，然后關閉采集器。在更換數據采集器以外部件時，應先切斷采集器的電源，以免在更換部件過程中出現短路，造成其他的系統故障。

2.1引線穿線根據安裝時做的標示先找到地下埋置的pvc管，將兩端口處挖土露出電纜線，將端口內淤積的土壤清理干凈以備穿線。將20 cm傳感器的接入端從采集器上拆下，用一根足夠長的較軟金屬線與接入端綁在一起，用膠帶粘牢固作為引線。先從離采集器較近的pvc 管口輕輕將20 cm的電纜線從采集器端拉出，注意先確定好是哪根線，拉線時動作要輕緩，再從pvc管的另一端將線拉出。將綁定的引線拆下，再與新的傳感器接入端電纜綁牢固，因引線已預留，即可用引線另一端將新的傳感器電纜線輕松地拉到采集器端。然后將信號線的接入端子檢查固定好，插入采集器相應端口。

2.2挖剖面更換傳感器在傳感器端，順著舊的傳感器電纜線小心地挖土，先找到初安裝時做的縱向溝槽，再找到電纜線拐彎的點，即安裝時的土壤剖面位置。確定了位置后在地表面劃好標示線，輕輕向下挖土壤剖面，因要更換的是20 cm 深度的傳感器，至少要挖到30 cm的深度才能伸開手操作。挖剖面時動作要輕緩，保證不影響到10和30 cm層的儀器和電纜線。剖面挖好后，將原20 cm的傳感器從剖面中拔出，要盡量不破壞原土層。然后將新的傳感器慢慢插入原安裝孔，操作時可在傳感器底部套入專用的電木底座，然后用手在水平方向推進傳感器尾部，推到傳感器不動為止，如土壤緊密度較高、手動插入難度較大時，可用木槌輕輕敲擊電木底座，當電木底座的電纜槽與剖面平齊時，說明傳感器安裝到位，再將新傳感器的電纜線沿原來的溝槽用線卡固定好，但新傳感器的引線在線槽中不宜拉的太直，應以S型布置，或留有部分余量，避免將來回填土沉降后將傳感器引線拉斷[5]。

2.3開機檢查啟動采集器，依次讀取各層次的濕度值，與安裝前的數值進行比較，除20 cm外，其余各層次的值均與始值一致，說明安裝過程未影響到其他層次。 20 cm傳感器更換后數值與始值有明顯變化，經與上下層的濕度值進行比較，其濕度值略偏低。分析其原因可能是剛剛安裝的20 cm傳感器示值還不穩定，需要一段時間才能穩定下來，其次就是新更換的傳感器可能需要一個訂正值，這就是為什么每個新的自動土壤水分觀測儀正式運行前需要進行對比觀測，再由廠家根據自動觀測和人工觀測的偏差情況確定是否進行訂正，如需要訂正，則由廠家根據偏差給出訂正值，并通過省局信息中心軟件修改臺站參數來實現。

2.4土壤回填傳感器更換完畢，檢查無誤，將挖出的土按照原層次填回，盡量保證各層土壤不混淆，并將填回的土壓實，以恢復土壤的緊密度，避免降雨時出現土壤沉降。最后清潔整理好現場，再次讀取各層數據并確認正常。

3　結語

由于自動土壤水分觀測儀日常運行較穩定，在故障時特別是發生數據異常故障時不容易被及時發現，所以各臺站要加強定期巡視檢查和維護，堅持定時查看上傳數據，以便在儀器發生故障時能及時發現，及早排除。設備保障業務人員在工作中要特別注意理論聯系實際，既要明確儀器探測原理和軟硬件構成，又要在日常維護時多觀察、多實踐，注意積累和總結維護維修工作經驗。在遇到技術問題時，多向廠家技術人員咨詢，確保故障判斷準確，切忌盲目操作，在更換儀器時可提前列出操作步驟，以避免在忙亂中操作而引起其他系統故障。

[1] 孫作啟，陳立春，范慶東.DZN1型自動土壤水分觀測數據質量控制方法研究[J].山東氣象，2015，35(4)：57-59.

[2] 朱保美，周清.DZN1自動土壤水分觀測及其維護與維修[J].氣象水文海洋儀器，2011，28(1)：124-128.

[3] 劉彬，郭海濤，涂愛琴，等.DZN1型自動土壤水分觀測儀的組成與故障排除方法[J].山東氣象，2015(2)：61-63.

[4] 張朝昌，杜衍君，張文斌.DZN1野外式自動土壤水分觀測儀常見故障分析[J].安徽農業科學，2013，41(15)：7025-7027.

[5] 上海長望氣象科技股份有限公司.DZN1型自動土壤水分觀測儀安裝維修維護手冊[Z].上海：上海長望氣象科技股份有限公司，2009：7-10.

Judgement and Treatment of a Fault of DZN1 Automatic Soil Moisture Observer

HAN Gui-xiang, SONG Min, XIANG Feng

Boxing Meteorological Bureau, Boxing, Shandong 256500)

The phenomenon, diagnosis and removal of a sensor fault of DZN1 automatic soil moisture observer were analyzed in detail, and the matters needing attention were summarized to provide scientific

for the routine maintenance and fault elimination of equipment.

DZN1 automatic soil moisture observer; Fault; Judgement; Treatment

韓貴香(1977- )，女，山東博興人，工程師，從事氣象基礎業務工作。

2016-07-06

S 163+.5

A

0517-6611(2016)26-0173-02