(甘肃省临洮县气象局 730500)
摘要：随着“三农”专项建设工作的开展，基层气象部门陆续建立起了土壤水分自动站，增强了土壤水分观测数据的准确性。基于此，本文结合临洮县气象局使用土壤水分自动站的实际，首先简要概况了土壤水分自动站构成，接着分析了土壤水分自动站常见故障，并提出了相关的处理对策，最后给出了几点土壤水分自动站日常维护，仅供相关部门进行参考。
关键词：土壤水分自动站；构成；常见故障；日常维护
引言
当前，我国农业气象在土壤水分观测方面，大部分的气象站在测量土壤中的含水量时大都通过手工钻取烘干法。随着科学技术水平的快速提升和农业现代化的发展，各种先进的观测仪器设备陆续投入到农业气象中，在提升粮食安全和稳产增收方面发挥了十分重要的作用。由于自动气象站中对土壤水分的观测手段较为落后，在很大程度上制约着农业气象业务现代化的发展。为了更好的满足现代农业气象业务和干旱监测服务的需求，中国气象局在建设固定式自动土壤水分观测仪的基础上，增加了便携式水分观测仪，形成了完善的自动土壤水分观测网。目前，全国大部分的气象部门已经初步建立成了分布较为广泛的土壤水分观测网络，但是受外界环境、人为因素和机器设备自身运行磨损的共同影响，土壤水分自动站很容易出现故障问题，严重阻碍了农业气象工作的正常进行。
1 土壤水分自动站构成及工作原理
1.1 土壤水分自动站构成
DZN3型土壤水分自动站主要有五部分组成：传感器、RS232-RS485转换模块、数据采集器、通讯模块和供电系统。传感器主要由电容式传感器、处理电路和护套管组成，以并联的方式将传感器在护管中安装，并在预先打好深度的孔中垂直插入护管，在护管套的作用下将传感器与土壤隔离；RS232-RS485转换模块的作用是转换串口转换器采集到的土壤数据，随后在采集器中发送数据；数据采集器的主要作用是接收来自RS232-RS485转换模块发送的土壤数据；通讯模块在数据传输时主要是借助于移动网络的GPRS，将上级发送的土壤水分信息转换为特定格式文件，并借助于短信方式向中心站服务器进行传输；供电系统的作用是为土壤水分自动站的传感器、采集和传输模块提供电力输送，确保其可以正常运行，增强数据传输的及时性、准确性和稳定性水平。
1.2 土壤水分自动站工作原理
对于DZN3型土壤水分自动站来说，主要是通过频域反射法原理对土壤体积含水量进行测定。结合传感器发出的归一化频率SF建立起土壤水分含量间的指数关系，进而获取频率同土壤水分之间的规律变化。水的介电常数较大，土壤介电常数会随着水分含量的变化而发生变化，传感器两端的电压值也随之改变，在数据采集器的作用下将数据发送到中央处理单元，对土壤水分含量进行计算，将结果存储到寄存器中，随后传输到中心服务器，该过程中就完成了对土壤水分含量的一系列采集、处理、存储和传输。
2 土壤水分自动站常见故障及处理
2.1 电源故障
电源系统供电主要有太阳能直接供电和蓄电池供电。可以通过查看设备指示灯的工作状态判断电源系统是否出现故障问题。在电源控制器右上角有LED状态指示灯，可以清楚的了解免维护电池的电量，红灯说明电池空；黄灯说明电池充电；绿灯说明电池电量已满。若工作异常，可以用肉眼直接查看太阳能板是否出现破裂，若正常，应将采集器机箱打开，查看蓄电池是否正常，可以选用万用表分别对太阳板充电电流和充电电压情况进行测量。太阳能充足时的电流在1A左右，若电流较小，则说明光照强度不足，很难达到太阳能电池板为蓄电池充电；选用万用表的直流20V档测量电压，白天光照充足下的电压应在13V左右，夜间则在12V左右；若测出的电压值不足10V，则说明电源系统故障。
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2.2 SIM卡损毁，不能与中心站通信
一旦工作人员发现土壤水分自动站不能与中心站通信，则可能是设备登录网站故障引起的，可按以下步骤进行处理：检查天线配置是否合理，还要查看信号的强度；做好SIM卡的接触点的清理工作，判断卡号能否正常工作；取出SIM卡并插入到手机卡槽中，在网络信号强度最强时，可以编发彩信，若能发送成功，则说明SIM卡可以正常工作，反之亦然，应及时送到移动公司重新换卡。
2.3 中心站接收土壤水分数据异常
造成中心站接收土壤水分数据异常的原因主要有四点：采集器供电异常；土壤水分探测器供电异常；通信电缆断开；串口打开，同实际连接不符。为了及时处理故障问题，工作人员应将采集器机箱打开，查看空气开关开启自动保护是否分开，若是，应合上空气开关。查看电源开关，若开关松动，重新插紧；选用数字万用表逐一测量电源变换器、采集器电源端、土壤水分探测器电源端和蓄电池的电压是否在12V以上，结合电压值判断电源变换器和蓄电池能否正常工作，若某个设备工作异常，应重新更换；若通信电缆断开，应拔下电源开关，采集器完全断电后，重新接好通信电缆，插好电源开关，为采集器重新供电，随后将土壤水分监控软件打开，结合 “设置串口通信参数”的说明对串口参数重新设置。
2.4 信号引起的通信模块故障
若通信天线模块未出现松动，选用万用表直流电压20V档对通信模块的供电电压进行测量，结合测出的电压值可以判断通信模块是否出现故障问题。GPRS信号是引起通信模块故障的主要原因，信号强度较弱会引发通信受阻。由于高度不同信号的强度也有一定的差异，为了增强测试的有效性水平，应将手机放置在不同高度处。
2.5 土壤水分自动站站某层数据为零
在对土壤水分进行测定的过程中，经常会有某层数据为零，而其余各层均存在数据的情况。工作人员应断开电源，拔出土壤水分探测器，查看传感器与插槽的连接情况，应将该层传感器带状电缆的头卡入总线；若该层传感器损坏，应重新更换传感器。
3 土壤水分自动站日常维护
（1）复杂天气结束后应做好设备的巡视，尤其是在强降雨、强雷暴或强风沙天气转好后，应加强观测设备检查，主要是查看基础供电是否受损，设备传感器能否正常工作；设备传感器与中心服务器之间的通信情况；数据能否正常传输等。
（2）定期要对观测场地进行维护，观测场地要平整，所在的土壤水分状况具有代表性，场内草高不能超过20cm，保持自然植被状态，不得种植作物，禁止灌溉。雨后及时查看传感器周围是否有“龟裂”现象，若有将土壤疏松碾碎，由外向内夯实后一定要找一些比较干的细土，均匀覆盖到管壁四周半径30cm处，厚度约1cm。
（3）认真核对日常采集数据，确保数据的完整性。做好前一天采集数据的检查，一旦发现异常或缺失数据，及时沟通维护人员。
（4）每间隔3个月取出放置在安装管接口控制器的干燥剂，将其烘干后重新放置。若台站较为潮湿，可以适当缩短时间。
（5）始终确保太阳能电池板表面洁净干燥。尤其是在沙尘和大雾天气频繁出现的地区，应定期清除太阳能表面的灰尘
（6）每年定期巡视电缆、采集器、传感器等关键部件，一旦发现老化或故障部件及时进行维修或更换。
（7）每年要检查一次观测场的防雷情况，防雷应符合气象行业规定的防雷技术标准要求。
参考文献：
[1] 中国气象局综合观测司 . 自动土壤水分观测规范 [S]. 北京：中国气象局综合观测司，2010.
[2] 朱保关，周清 .DZN 自动土壤水分站及其维护与维修 [J]. 气象水文海洋仪器， 2011（1）： 124-128.
作者简介：谈卓丽（1976-），女，藏族，甘肃省定西市临洮县人，大学本科，工程师，从事地面测报和县级气象服务工作。
论文作者:谈卓丽
论文发表刊物:《科技研究》2018年8期
论文发表时间:2018/10/24
标签：土壤论文; 水分论文; 传感器论文; 数据论文; 通信论文; 电压论文; 气象局论文; 《科技研究》2018年8期论文;