第1期 气象水文海洋仪器No.12011年3月M eteor olog ical,Hy drolog ical and M arine InstrumentsM ar.2011收稿日期:2010 10 19.作者简介:朱保美(1979),女,大学,助理工程师.主要研究方向:农业气象、地面测报等.DZN 1自动土壤水分观测仪及其维护与维修朱保美,周 清(山东省齐河县气象局,齐河251100)摘 要:全面介绍了DZN1自动土壤水分观测仪的工作原理和系统组成以及主要功能。

对DZN1自动土壤水分观测仪常常出现的故障现象进行了归纳总结并逐一进行分析,给出了相应的故障排除方法。

关键词:土壤水分;观测仪;维护;维修中图分类号:S163 文献标识码:B 文章编号:1006 009X(2011)01 0124 05DZN1au tomatic ob servation in stru ment fo r soil moisture a nd its main ten anceZhu Bao mei,Zhou Qing(Q ihe M eteor ological B ur eau of S handong ,Qihe 251100)Abstract:The w or king principle,sy stem co mponent and main functio n o f DZN1automatic observ ation instr um ent for soil m oisture are comprehensive introduced.T he co mmo n faults of DZN1auto matic observatio n instrument fo r soil mo isture are sum marized and analyzed.Then,the co rresponding tr oubleshoo ting is g iven out.Key words:soil moisture;observatio n instr um ent;m aintenance;repair0 引言土壤水分含量及其变化规律的监测是农业气象生态环境及水文环境监测的基础性工作之一。

土壤水分反映了土壤的湿润状况,是农田干旱、情报预报的重要依据。

掌握土壤水分变化规律,对农业灌溉、土壤墒情与农业干旱的监测预报及相关理论研究工作具有重要意义。

长期以来,我国的农业气象观测主要是以人工目测和简单器测为主,基本无自动化观测手段,远落后于一般地面气象要素观测,目前,广大台站普遍采取的方法是称重烘干法。

因此,研究开发省时、省力、准确监测土壤水分的仪器,具有十分重要的现实意义。

自动土壤水分观测站是中国气象局大气监测自动化系统项目一期工程中的一项内容,山东省自动土壤水分观测站,正是根据中国气象局大气监测自动化系统项目一期工程有关安排,自2005年4月起建设土壤水分自动监测系统[1]。

自动土壤水分采集系统在广大台站使用以来,较之原来的称重烘干的测定方法,不仅缩短了土壤水分的测定时间,减轻了业务人员的工作强度,最重要的是达到了定点观测土壤水分的连续变化,更加适应了当前气象事业发展的需要。

农业气象观测对象多是分散在自然状态下,数据采样点具有分散、周期差别大、市电供应困难、设备安装维护要求高、安全防范要求严等特点。

为了开展土壤水分自动观测与人工观测对比和评估工作,以达到农业气象观测规范的要求,使土壤水分自动观测资料更为客观准确,并与目前通用的土壤水分人工观测资料相衔接,具有连续行、可比性和业务服务适用性,从而更好地发挥土壤水分自动观测资料的应用价值,农业气象自动第1期朱保美,等:DZN1自动土壤水分观测仪及其维护与维修观测站的维护与维修就尤为重要,它是土壤水分自动观测工作的保障。

本文以DZN1自动土壤水分观测仪为例,介绍了农业自动观测站的系统组成、主要功能和日常维护与维修需要注意的问题。

1 系统组成DZN1自动土壤水分观测仪是应用FDR 原理的土壤水分测量传感器和总线式数据采集技术于一体的自动化测量系统,其技术指标符合中国气象局土壤水分观测仪的设计要求。

该系统由传感器、采集器、通信接口和系统电源4部分组成,如图1所示,根据业务需要可配备微机,可显示实时和整点的土壤相对湿度、体积含水量、重量含水率、贮水量等动态变化曲线并自动生成标准数据文件。

根据用户需要,系统可进行扩展,数据采集器可扩展接入风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、地温等气象要素传感器[2]。

该仪器可广泛用应于气象、生态、农业、地质灾害等领域的探测与研究。

该仪器按照实际安装地点可分为:固定地段型(台站式)、作物地段型(野外式)、辅助地段(便携式)等3种。

自动土壤水分观测仪可分为硬件和软件两大部分。

硬件包括:传感器、采集器和外围设备等3部分;软件包括采集软件和计算机软件2种,其中台站式土壤水分观测仪的计算机软件安装在观测室的计算机内;野外式土壤水分观测仪需在中心站安装中心站监控软件。

图1 系统组成图1.1 土壤水分传感器采用世界先进技术的频域反射(FDR)土壤湿度传感器,该传感器精密、可靠,耐用,无放射性污染源,采用环保材料制成,全密封,可长期埋设在地下任意深度连续测量。

SW S 406土壤水分传感器应用FDR 原理测量土壤介电常数,从而测得土壤体积含水量。

因为土壤内水分变化导致介电常数变化,土壤的体积含水率与介电常数存在函数关系。

SW S 406土壤水分传感器由高频发射器、接收器、微处理器、探针等组成。

高频发射器、接收器、微处理器密封在 40mm 长130m m 的防水室内,4个长60mm 不锈钢探针与之固定相连。

不锈钢探针直接插入土壤。

传感器尾部的电缆线用于为传感器提供电源及输出模拟信号。

1.2 MDT 30气象数据采集器MDT 30气象数据采集器以高速微处理器作CPU,外围包括精确的时钟器件、16位A/D 转换器件、128MB 标准CF 卡、耐低温液晶显示器和信号防雷接口等。

具有RS 232/RS 485两个标125气象水文海洋仪器Mar.2011准通讯口,可存储60d的整点数据。

采集器是自动土壤水分测量系统的核心。

其主要功能是完成各层土壤水分传感器的采样,对采样数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储,实现数据通信和传输。

采集器具备自检、自诊断功能,检验内容包括电源电压状态监测、传感器状态监测、通信状态监测。

1.3 外围设备(1)电源电源系统分为两类蓄电池和12V直流电源。

蓄电池为后备的市电供电系统和太阳能辅助充电的蓄电池供电系统。

分别用于有市电和无市电的环境。

12V直流电压是数据采集器的基本工作电压,采集器中其他直流工作电压由此转换而成。

(2)计算机即微型计算机,用作台站式的终端,实现对采集器的监控、数据处理和存储,按照 农业气象观测规范 要求完成土壤水分观测业务。

(3)GPRS无线传输模块用于野外式自动土壤水分观测仪的无线数据传输。

1.4 软件部分(1)采集软件采集软件支持采集器的数据采集、数据处理、数据存储和数据传输功能。

(2)台站业务软件业务软件处理土壤水分观测业务,是安装在与土壤水分观测仪相连接的微机中的应用软件。

(3)GPRS中心站软件中心站软件安装在省气象台或者信息中心,用于基于GPRS无线网络的野外式台站的数据收集、监控、管理、查询等功能。

2 主要功能(1)数据采集该观测仪实时自动采集土壤水分数据,每隔1m in读取测量结果,每10个测量数据的算术平均值作为该10m in的平均观测值,每6个10min 观测值的算术平均值作为该小时观测平均值。

(2)数据处理以测量的土壤水分体积含水量为基础,根据预先输入的被测土壤参数,按照相关公式计算出土壤重量含水率、相对湿度、土壤水分有效贮存量等。

(3)数据存储内有标准CF卡(128M),存储60d整点的测量数据和平均数据,以备随时查询。

(4)显示及键控从显示器上可以直接读取当前采集数据,可通过显示面板设置或修改日期和时钟。

(5)数据通讯观测仪可通过串行通讯口接到上位终端机上。

按照既定的通讯协议,上位机可以读出观测仪的测量数据和存储数据;设置观测仪所需的参数;设置观测仪的通讯方式和自动发送数据的时间间隔;为观测仪对时等。

3 维护与维修3 1 日常维护(1)每日在08:00或沙尘暴、强雷暴、大风、暴雨等恶劣天气后巡视仪器,检查仪器(设备和计算机)供电是否正常、传感器工作是否正常、通讯是否正常。

(2)每天定时通过自动土壤水分观测仪的计算机终端检查前一天采集数据是否完整,如有缺测要及时手动补上。

(3)定期检查电缆与传感器及采集器连接是否有松动现象;每年定期检查电缆是否损伤、老化。

(4)建立专用值班工作日记,每日填写,认真记录上述检查处理的情况。

(5)当发现仪器故障时,应在值班日记上详细记录,根据故障情况及时通知生产厂家进行必要的处理。

3 2 故障判断及维修3.2 1 计算机终端故障(1)软件故障故障现象表现为:系统无法正常启动;终端业务软件死机。

前者可检查操作系统,如果操作系统故障,请重新安装操作系统;对于后者,重新启动计算机,检查终端业务软件是否正常,如果不正常,请重新安装业务软件。

(2)硬件故障故障现象表现为:开机后电源指示灯不亮,终端计算机无数据或通讯状态异常。

对于前者,可检查电源插头是否接触牢固;对126第1期朱保美,等:DZN1自动土壤水分观测仪及其维护与维修于后者,可通过以下步骤检查及处理步骤:a.检查终端计算机是否死机,检查终端计算机通讯端口上连接的通讯模块是否脱落,通讯模块上连接的通讯电缆是否脱落。

b.通过数据采集器上的显示器检查采集器时间是否正常、各层土壤观测数据是否正常。

检查数据采集器上的通讯电缆是否连接正常。

c.检查终端计算机至数据采集器之间的通讯电缆是否正常。

d.更换终端计算机通讯端口上连接的通讯模块。

e.如以上均正常,请与厂家联系。

3.2.2 数据采集器故障现象:数据采集器显示器不显示或显示数据故障。

检查及处理步骤:(1)检查数据采集器供电。

拔下数据采集器上的电源输入端子,使用万用表直流电压档测量该电源输入端子的直流电压是否正常,正常电压范围10~15V。

如果为0,可判断故障出现在电源部件,检查电源系统。

(2)检查数据采集器。

关闭数据采集器上的电源开关,将数据采集器上的接线端子除电源外全部拔下,然后打开电源开关,检查数据采集器是否恢复正常。

如不正常,则可判断数据采集器故障,更换之。

(3)其他部件损坏。

如果电压不正常,可以从数据采集器的接口板上将各传感器端子、通讯电缆端子等接线端子逐个拔下,使用万用表监视直流电源电压,看电压是否恢复正常,如果恢复正常,说明被拔下的外部部件(传感器等)有损坏,需更换。