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亮度相關(guān)的、或易于由人眼觀測的、并在受照射物背面出現(xiàn)陰影等有關(guān)的現(xiàn)象，是中國氣象局統(tǒng)一布局觀測項目之一，各級氣象臺站均須觀測。日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度達到或超過120W/m2的那段時間總和，以小時（h）為單位，取一位小數(shù)。

我國氣象觀測站使用的日照觀測儀器有喬唐式日照計、 聚焦式日照計、太陽直射輻射表和日照傳感器。2018年以前我國大多數(shù)臺站使用的是喬唐式日照計（也稱暗筒式日照計），只有少數(shù)高緯度臺站使用聚焦式日照計，利用太陽光通過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，來計算日照時數(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比例配好藥液進行涂刷。2018年開始，云南省國家級氣象臺站已布設(shè)了DFC2型光電式數(shù)字日照計，包含 HYSD-1 型光電式數(shù)字日照傳感器、供電系統(tǒng)和安裝支架三個部分，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(yīng)響應(yīng)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。

目前DFC2型光電式數(shù)字日照計已經(jīng)正式投入云南省氣象業(yè)務(wù)運行，為進一步提高設(shè)備保障維護能力和業(yè)務(wù)質(zhì)量，結(jié)合尋甸國家氣象觀測站業(yè)務(wù)運行情況對其使用維護和故障排除進行分析總結(jié)。

1 測量原理

DFC2 光電式數(shù)字日照計包含 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-散射輻射測量原理、無需機械轉(zhuǎn)動的高精度數(shù)字化光電式日照觀測設(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)部件是三個光電感應(yīng)器件，其中 1 個光電感應(yīng)器件用于測量總輻射，另外 2 個光電感應(yīng)器件用于測量散射輻射，其遮光罩采用特殊的全分天空方式，使二者不能同時暴露于陽光下，用于測量散射輻射，輸出電壓信號。感應(yīng)部件外裝有JGS3石英玻璃筒，它可透過 270～3200nm 波長的輻射，并保護內(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，并自帶 1W 和 10W 加熱器，在溫度較低時，可自動啟動加熱。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，便于集成在傳感器光筒內(nèi)，具體線路見圖一。實現(xiàn)對三路光電感應(yīng)器件的數(shù)據(jù)采集、計算得到直接輻射數(shù)據(jù)，并對日照時數(shù)進行累加計算得到日照觀測數(shù)據(jù)。日照傳感器內(nèi)部具有 64M bit Flash 存儲，可存儲六個月的分鐘數(shù)據(jù)。并帶有 1W 和 10W 加熱控制單元，可根據(jù)用戶需要選擇是否啟用自動加熱功能。日照傳感器以 RS-232 通信方式與主機進行交互。

圖一 DFC2光電式數(shù)字日照計線路圖

2 DFC2型光電式數(shù)字日照計常見故障處理

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)置錯誤、斷電或者供電異常、航空插頭未插好或者線路斷路、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、接觸不良等問題。斷路或者短路主要通過用萬用表的一支筆接觸信號線一端的一根線芯，另一支筆依次對信號線另一端的同一根線芯接觸，測試其通斷性，檢測信號線兩端各線芯之間是否存在短路（不同線芯之間）或斷路（同一根線芯上）。若斷路或者短路，重新更換線纜后排除故障；檢查供電機箱是否供電正常。先測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，則可能是電源線路短路或者短路、刀片開關(guān)未插好、保險絲損壞、蓄電池損壞，逐項檢查。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題導致的電源故障，重新更換相關(guān)備件后即可恢復。

2.2 接入ISOS導致觀測次數(shù)低和觀測成功率為0%

主要原因：傳感器相關(guān)設(shè)置不正確，進入調(diào)試模式等多方面的原因。

檢查步驟: 一是觀測成功次數(shù)僅有開機的一次的問題。主要表現(xiàn)為安裝好日照傳感器，連接串口服務(wù)器并且掛機完成但觀測成功率僅有開機的一次，在串口終端發(fā)“READDATA”命令返回正常的以BG開頭ED結(jié)尾的命令回復，并且還有幾串以SR開頭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T，并且再讀取數(shù)據(jù)無SR開頭SD結(jié)尾的命令串，若出現(xiàn)串口終端回復則需要用串口監(jiān)控器直連日照傳感器，發(fā)送“SETSMPCOM，0”命令即可排除故障；二是觀測有間斷不成功的情況。表現(xiàn)為調(diào)試之后觀測成功率有間斷不成功，系統(tǒng)狀態(tài)全部正常。在ISOS軟件設(shè)備管里菜單下的終端維護或者串口調(diào)試軟件中發(fā)送“SETCOMWAY，1”命令，串口終端應(yīng)回復T即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復正常；三是設(shè)備進入調(diào)試模式。主要表現(xiàn)為進入調(diào)試模式后會反映出實際成功次數(shù)不增加，觀測成功率降低，在串口終端發(fā)送“READDATA”命令會多出AJC的數(shù)據(jù)格式。在ISOS軟件設(shè)備管里菜單下的終端維護或者串口調(diào)試軟件中發(fā)送“REBOOT”命令，收到回復REBOOTING，數(shù)據(jù)恢復正常；否則有可能是業(yè)務(wù)人員調(diào)試日照，輸入錯誤格式，把“ST”的命令位置設(shè)置為字母，ISOS采集會認為是錯誤格式的命令，而不采集，在ISOS軟件設(shè)備管里菜單下的終端維護或者串口調(diào)試軟件中發(fā)送在串口終端設(shè)置發(fā)送“ST，01”命令則恢復正常。

2.3 日照數(shù)據(jù)測量誤差偏大

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致的誤差，如有及時拆除相關(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)問題，及時糾正，若安裝不正確，會影響測量精度。

2. 4玻璃罩長時間結(jié)霜或起霧

主要原因：自動加熱功能關(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或者串口調(diào)試軟件中“HEATCTRL”命令查看是否禁用自動加熱功能，如返回值為0，6，則未開啟，發(fā)送“HEATCTRL，1，6”命令打開自動加熱功能，或者“HEATCTRL，0，3”命令強制打開 10W 加熱功能。若已經(jīng)打開自動加熱功能，工作一定時間后仍未除霜或除霧，則進行下面檢查。

查看日照計的傳感器插頭是否松動、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日照傳感器自動停止加熱。如果電壓正常，則聯(lián)系廠家工作人員維修。

3 日常維護

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)物等影響源時要及時用軟布將傳感器光筒擦凈；每天19時檢查DFC2日照計時鐘情況。光電式數(shù)字日照計時鐘精度誤差≤2秒/月，若時鐘誤差偏大，可用“DATETIME”命令重新設(shè)置當前時間；每天定時三次檢查顏色指示卡是否變色，出現(xiàn)30%濕度點變?yōu)榉凵珪r需要引起業(yè)務(wù)值班人員注意，出現(xiàn)40%濕度點變?yōu)榉凵珪r業(yè)務(wù)值班人員必須及時更換干燥劑，出現(xiàn) 50%濕度點變?yōu)榉凵珪r業(yè)務(wù)值班人員需要檢查玻璃罩是否密封不嚴或者有縫隙等現(xiàn)象。

每天定時查看日照傳感器觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合當天天氣情況和最近相同天氣的日照數(shù)據(jù)進行對比分析，認真分析日照傳感器數(shù)據(jù)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)傳感器觀測數(shù)據(jù)有問題時要及時啟用備份儀器進行觀測。

若DFC2日照傳感器附近出現(xiàn)光污染、障礙物等影響觀測質(zhì)量時，應(yīng)及時向上級氣象部門、當?shù)攸h委和政府匯報，及時拆除相關(guān)影響源，確保氣象探測環(huán)境不被破壞；當傳感器表面出現(xiàn)覆冰時，請勿用棍棒、金屬、玻璃等硬物進行剝離，使用傳感器自身加熱功能后再進行清理。

每月定期檢查日照傳感器的各個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站。如果有損壞或者腐蝕應(yīng)當立即進行處理、更換；每月對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)問題及時進行處理。

每月定期檢查是否出現(xiàn)采集電路溫漂嚴重或光電感應(yīng)器件老化等現(xiàn)象，若出現(xiàn)及時進行更換。

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)強對流天氣過程時要注意檢查電源空氣開關(guān)是否跳閘；蓄電池若長時間不使用，投入使用之前要檢查電壓情況。電池長時間使用后應(yīng)當定期查看是否有液體流出，如果有應(yīng)當立即更換新電池。

DFC2數(shù)字日照計使用兩年以上時，需由相關(guān)計量部門對其靈敏度進行檢定，若檢定不合格，需重新更換傳感器。

4 結(jié)語

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)向縱深推進，伴隨各類新型業(yè)務(wù)設(shè)備大量出現(xiàn)，對業(yè)務(wù)人員的裝備保障和維護能力提出了更高的要求，特別是DFC2光電式數(shù)字日照計才運行一年多，更是我們平時需要重點掌握的地方。

DFC2數(shù)字日照計較喬唐式日照計（也稱暗筒式日照計）具有觀測精度高、性能穩(wěn)定、維護方便等特點，但作為一款新型日照觀測設(shè)備在業(yè)務(wù)運行過程中難免不出現(xiàn)采集電路溫漂嚴重或光電感應(yīng)器件老化等問題。因此，業(yè)務(wù)人員有必要重點加強對新型氣象觀測設(shè)備的觀測原理、設(shè)備維護和故障排除等加強學習，提升氣象裝備保障業(yè)務(wù)能力和水平，當出現(xiàn)氣象觀測設(shè)備故障時能快速準確的查明原因、排除故障、解決問題，進一步提升氣象觀測資料的質(zhì)量和效益。