朱一正 楊嚴(yán)意 董猛

摘 要：本文闡述光電式數(shù)字日照計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)與原理，例舉DFC3光電式數(shù)字日照計(jì)運(yùn)行過程中的常見故障，給出排查方法及日常維護(hù)措施，旨在為氣象臺(tái)站維護(hù)該型設(shè)備提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：DFC3光電式數(shù)字日照計(jì)；工作原理；故障排查；日常維護(hù)

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190415022

日照是表征當(dāng)?shù)貧庀鬆顩r和氣候特點(diǎn)的重要?dú)庀笠?，是中國氣象局統(tǒng)一布局觀測項(xiàng)目之一，各臺(tái)站均須觀測。目前大多數(shù)臺(tái)站使用的是暗筒式日照計(jì)，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(jì)內(nèi)，記錄一天的日照時(shí)數(shù)。其缺點(diǎn)是藥劑質(zhì)量的好壞，以及涂藥方法是否恰當(dāng)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(wù)全面自動(dòng)化的推進(jìn)，一些國家級(jí)氣象臺(tái)站已布設(shè)了DFC3型光電式數(shù)字日照計(jì)，該日照計(jì)集光電信號(hào)采集、處理、存儲(chǔ)、通信、實(shí)時(shí)時(shí)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(shí)間獨(dú)立運(yùn)行，且安裝方便、操作簡單、易于維護(hù)。亦可為農(nóng)業(yè)和旅游業(yè)等提供精確的日照時(shí)數(shù)信息。

1 測量原理

光電式數(shù)字日照計(jì)是一款基于總輻射-散射輻射測量原理、無需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的高精度數(shù)字化光電式的日照觀測設(shè)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(xué)鏡筒中的3個(gè)同軸光電感應(yīng)器對總輻射和散射輻照進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)觀測，根據(jù)計(jì)算出的直接輻照度判斷有無日照（測量原理如圖1）。3個(gè)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(jìn)行約束。

光電管D1在360°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，由于W1、W2采用對向設(shè)計(jì)，所以無論太陽在哪個(gè)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(shí)間進(jìn)行累計(jì)，得到每小時(shí)和每天的日照時(shí)數(shù)。

2 DFC3型光電式數(shù)字日照計(jì)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(shè)置不正確，日照傳感器內(nèi)部設(shè)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(hào)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(jì)的臺(tái)站號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸握手機(jī)制方式、日期、時(shí)間是否設(shè)置正確。若不正確，應(yīng)設(shè)置正確的臺(tái)站號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸為被動(dòng)讀取方式，并設(shè)置日照傳感器內(nèi)部時(shí)間與上位機(jī)系統(tǒng)時(shí)間（北京時(shí)間）一致；檢查日照計(jì)的航空插頭是否松動(dòng)、接觸不良。若松動(dòng)，將航空插頭重新插接緊固；檢查供電機(jī)箱是否供電正常。機(jī)箱內(nèi)部的空氣開關(guān)接外部220V交流電，交流電通過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為12V直流電，直流電再經(jīng)過導(dǎo)軌保險(xiǎn)和導(dǎo)軌刀閘接到接線端子供日照傳感器使用。用萬用表逐級(jí)測量電壓是否正常，判斷故障發(fā)生位置。若保險(xiǎn)絲斷，更換新保險(xiǎn)絲，若接線松動(dòng)，重新接線并緊固；檢查從日照傳感器到業(yè)務(wù)電腦的信號(hào)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(diào)試助手（9600，8，N，1），通過黃色信號(hào)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(dāng)前分鐘的數(shù)據(jù)。若返回?cái)?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(nèi)部存儲(chǔ)卡故障；若無響應(yīng)，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(shè)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(shí)清理，當(dāng)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(jì)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(yīng)及時(shí)進(jìn)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(dāng)?shù)鼐暥戎狄恢拢粰z查日照計(jì)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(jì)經(jīng)緯度參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)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(jì)加熱功能失效

加熱功能作用：日照傳感器內(nèi)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(dāng)溫度低于14℃時(shí)開啟1W加熱，當(dāng)溫度低于6℃時(shí)開啟10W加熱。

主要原因：供電系統(tǒng)故障，傳感器內(nèi)部控制繼電器故障。

檢查步驟：檢查日照計(jì)的航空插頭是否松動(dòng)、接觸不良。若松動(dòng)，將航空插頭重新插接緊固；檢查供電機(jī)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(jì)內(nèi)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(nèi)部加熱狀態(tài)信息（正常情況能顯示日照信號(hào)電壓、日照腔內(nèi)電壓等信息），若存在故障，需更換傳感器。

3 日常維護(hù)

在業(yè)務(wù)運(yùn)行中，要取得客觀、準(zhǔn)確的日照數(shù)據(jù)應(yīng)做好日照計(jì)的日常巡視、維護(hù)工作。

發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或異常應(yīng)及時(shí)處理，對日照計(jì)進(jìn)行維護(hù)或維修。

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

每周定期檢查日照計(jì)內(nèi)干燥劑狀況，日照傳感器腔內(nèi)設(shè)置有濕度指示劑，當(dāng)傳感器內(nèi)濕度上升時(shí)濕度指示劑顏色發(fā)生變化；根據(jù)顏色顯示，當(dāng)變?yōu)榕c40%標(biāo)識(shí)顏色一致時(shí)，需要及時(shí)更換干燥劑。

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

每月檢查供電設(shè)施，保證供電安全，一般每2～3個(gè)月給蓄電池充放電1次，強(qiáng)雷暴天氣過程之后要及時(shí)查看機(jī)箱內(nèi)部空氣開關(guān)是否跳閘；定期更換蓄電池，或蓄電池有液體流出，應(yīng)當(dāng)立即更換新蓄電池。

每年春季對防雷設(shè)施、設(shè)備接地狀況進(jìn)行一次全面檢查，檢查接地電阻是否符合氣象設(shè)施防雷要求。

定期查看產(chǎn)品的各個(gè)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(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理、更換。

日照計(jì)使用過程中需要定期進(jìn)行計(jì)量檢定。

4 結(jié)語

2020年氣象觀測業(yè)務(wù)全面自動(dòng)化是中國氣象局的既定目標(biāo)，光電式數(shù)字日照計(jì)的應(yīng)用與普及，對氣象觀測全面自動(dòng)化起到了有力地促進(jìn)作用，能夠解放出大量觀測人員充實(shí)臺(tái)站氣象服務(wù)力量。DFC3光電式數(shù)字日照計(jì)作為氣象自動(dòng)觀測儀器，雖能長時(shí)間獨(dú)立運(yùn)行，且性能較穩(wěn)定，但作為一款電子設(shè)備，難免在運(yùn)行過程中不出現(xiàn)故障。因此，業(yè)務(wù)人員有必要掌握故障排查和維護(hù)方法，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能快速準(zhǔn)確的判斷出原因并及時(shí)解決問題，從而避免氣象觀測數(shù)據(jù)的缺測。

參考文獻(xiàn)

[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.