摘 要：文章主要通過 DZN2 型自動(dòng)土壤水分觀測儀系統(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)土壤水分觀測儀常見故障，給出相應(yīng)故障分析和測試方法，通過相應(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)土壤水分觀測儀 常見故障分析維修

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，實(shí)現(xiàn)了土壤水分觀測的連續(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)觀測資料。可是在業(yè)務(wù)應(yīng)用過程中自動(dòng)土壤水分觀測儀也不時(shí)出現(xiàn)一些故障，國內(nèi)許多學(xué)者在儀器常見故障的維修方面進(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題，為了快速解決遇到的問題，需要熟知儀器的組成結(jié)構(gòu)、功能及測試辦法，還要掌握利用儀器調(diào)試軟件進(jìn)行測試和參數(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 型傳感器探測到的頻率需要被轉(zhuǎn)換到真正的體積含水量，這個(gè)過程需要在傳感器讀出的頻率與測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)土壤水分觀測儀監(jiān)測具有連續(xù)探測、數(shù)據(jù)精度高、儀器安裝簡便、不破壞土層結(jié)構(gòu)以及可自由測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)土壤水分觀測儀由于多數(shù)安裝在農(nóng)作物地段，通常采用太陽能供電方式。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^測儀安裝農(nóng)作物地段，故大部分設(shè)備采用無線傳輸方式。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，經(jīng)過數(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)問題及時(shí)維修。（如圖1所示）

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

三、DZN2型自動(dòng)土壤水分儀常見故障

1.供電問題

DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測儀的供電采用太陽能和鉛酸蓄電池供電，由太陽能板、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。可通過萬用表直流 20VDC 檔量取蓄電池供電電壓來確定。供電系統(tǒng)排查流程：1、觀察太陽能板各部位接線是否牢靠，表面是否清潔或被遮擋;2、測量蓄電池電壓是否正常，若電壓低于 10.8V 需更換蓄電池;3、測量太陽能電池板供電是否正常，將供電線取下測量，如果輸出電壓過低需更換太陽能板;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，通過按鈕將工作模式改為正確模式“6.”;5、測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)致太陽能充電能力不足，蓄電池可能出現(xiàn)虧電問題。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、增加太陽能板面積、提高蓄電池容量等措施排除故障，如果觀測站點(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

如果數(shù)據(jù)瀏覽軟件上DZN2型自動(dòng)土壤水分觀測儀的數(shù)據(jù)全部缺測，結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)突然缺測可能的原因主要有：（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，用萬用表測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 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)嚯娫偎碗姡鐣r(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)等問題都可能導(dǎo)致傳感器與采集

器通訊無法正常連接，調(diào)試軟件將與各層傳感器無法進(jìn)行通訊調(diào)試。檢查線路做相應(yīng)測試，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：將土壤水分探測器取出更換故障當(dāng)層傳感器，重新寫入新裝當(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傳感器無故障則更換結(jié)構(gòu)件可能是連接排針處有問題。

注意：1.更換傳感器要注意新傳感器地?fù)艽a開關(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)土壤水分觀測儀傳感器出現(xiàn)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)走勢異常。使用自動(dòng)土壤水分觀測儀數(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，則說明該層傳感器可能接觸有問題或已經(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)土壤水分觀測儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，自動(dòng)通過網(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)觀測場地進(jìn)行維護(hù)，防止觀測場地土壤龜裂帶來的數(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)土壤水分觀測儀使用說明書[Z].鄭州，2017.

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