DFC1型光电式数字日照计常见故障检修及维护方法

解 帅，唐玉强，齐元元

（伊犁州气象局，新疆 伊宁 835000）

0 引言

日照是指太阳在一地实际照射的时数，它是表征当地气象状况和气候特点的重要气象要素，为天气预报、气候分析、气象服务等提供重要依据[1]，是各气象台站均须观测的项目之一。2018 年以前普遍采用的是暗筒式日照计人工观测，2018 年各气象台站普遍布设光电式数字日照计，它能实现日照的自动连续观测，具有精度高、功耗低、运行稳定等特点，有效避免了人工主观性的影响。2019 年7 月1日起，新疆50个气象台站正式开展地面气象观测自动化改革单轨运行，日照以光电式数字日照计自动观测数据作为正式观测记录，取消日照人工观测。新型光电式数字日照计运行近2 年以来，整体运行稳定，但部分气象台站出现过因故障造成数据中断、偏差等现象，部分业务人员对设备原理及检修知识了解较少，对于突发的故障问题不能快速有效解决。故本文以伊犁本地10 个气象台站布设的DFC1 型光电式数字日照计为例，结合实际经验，分析总结了在业务运行中常见故障的检修方法及维护要点。

1 结构及原理

1.1 系统结构

如图1 所示，DFC1 型光电式数字日照计主要由FS -RZ1 日照传感器、数据调试模块、通信模块、供电模块和安装附件组成。供电模块将交流电源转换为直流电为传感器和其他组件供电，并为蓄电池充电。传感器通过测量总辐射和散射辐射得到太阳直接辐射辐照度，再与120 W/m2的阈值进行比较，输出高低电平（1V/0V）和RS -232 信号。数据调试模块提供本地调试接口，用于设置传感器参数和读取日照数据。通信模块包括光纤转换模块和多模光纤跳线等，将日照RS-232 信号进行光电转换，通过光纤传输至串口服务器对应串口，同自动气象站、降水现象仪等数据汇总传输至终端计算机[2]。

图1 DFC1型光电式数字日照计系统框图

1.2 FS-RZ1日照传感器测量原理

如图2 所示，3 个带有圆柱形漫射器的光电管D1、D2和D3分别安置在同一轴线上，并通过遮光罩及其入射窗W1 和W2 对入射到D2 和D3 上的辐射进行约束。D1 在360 度的环形范围内接收总辐射，D2 和D3 接收环形范围内不同方向上的辐射，而太阳直接辐射只能照射到D2 和D3 中的一只，其中较小的一个即为散射辐射。直接辐射为总辐射和散射辐射的差值，当直接辐射辐照度≥120 W/m2时算作有日照。

图2 DFC1型光电式数字日照计测量原理图

2 常见故障检修流程

造成日照数据缺测或异常等问题的因素有很多，当发现主站ISOS 软件日照数据采集出现故障时，应及时切换备站数据，主备站同时故障时需启动人工日照计观测，并进行检修。

2.1 日照数据缺测

2.1.1串口服务器至室内终端机传输中断

当ISOS 软件中日照数据显示缺测时，首先考虑终端计算机至串口服务器之间的信号传输是否中断。检查ISOS 软件首页界面的指示灯和数据显示是否正常，自动站、降水现象仪等其他串口数据是否正常采集。若其他数据正常采集则进行下一步检查，若其他数据同时缺测则需对终端计算机至串口服务器之间各组件进行分段检查。

准备笔记本电脑、网线或串口连接线，笔记本电脑需安装SSCOM 串口调试软件和相关驱动。首先用笔记本电脑连接室内光纤通信盒，打开SSCOM串口调试软件，选择自动站、降水现象仪或日照任意一个接口，串口参数设为9600、N、8、1。发送常规命令TIME 或DATE 等，若回复正常则是终端机至室内光纤通信盒之间网线或终端机出问题，检查终端机、网线等组件是否正常；若无回复继续连接观测场串口服务器重复命令操作，如果命令回复正常则可能是连接室内的光纤接错或中断，如果无回复则是串口服务器出问题，需要重启串口服务器或检查其供电、信号电缆等。

2.1.2ISOS软件串口参数错误

检查ISOS软件中日照的串口号是否和PORT口对应，串口参数是否为9600、N、8、1，若正常进行下一步检查。

2.1.3供电模块故障

准备万用表，依次检查观测场供电箱内日照计交流供电、日照计机箱内交流输入、变压器直流输出、蓄电池直流电压和传感器负载电压、光纤转换器供电电压是否正常（交流供电154～286 V，直流9～15 V），如果都正常则进行下一步检查。

传感器负载电压可通过测量调试模块底部红棕线电压或直接观察FS -RZ1 日照传感器底部指示灯闪烁情况判断，若指示灯长暗，则表示供电异常，同时判断传感器至机箱调试模块是否通信异常（1/4 秒快闪为通信异常，秒闪为正常），若异常需要检查连接线缆是否断路和航空头是否松动。

2.1.4日照计机箱至串口服务器传输中断

在ISOS 软件的维护终端和串口服务器端，向日照计发送READDATA 命令，如果均不能正常回复，但在日照计机箱内的调试模块端可以正常回复数据，则是日照计机箱到串口服务器间的传输中断。若调试模块端不能正常回复数据，进行下一步检查。

检查日照计机箱至串口服务器之间的光纤线序是否交叉，两端的光纤转换器供电是否正常，拨码开关是否为1-on、2-off、3-off、4-off，对应RS-232线序是否正确。若以上均正常，将日照计机箱内光纤转换器RS-232 的Rx、Tx 线短接，在串口服务器端发送任意字符如TEST，如果回复TEST 则表示光纤畅通，进行下一步检查。若无回复更换机箱内的光纤转换器继续短接测试，以确定是光纤中断或光纤转换器故障。

2.1.5日照传感器故障

在ISOS 软件的维护终端、串口服务器端和机箱内调试模块分别发送READDATA 命令，如果均是回复乱码或无回复，用万用表直流电压档测量调试模块下方传感器信号模拟量输出（黄绿线），有日照时应输出高电平（1V），无日照时应输出低电平（0V），测量结果与另一台主/备站传感器数据进行对比，若不相符说明该传感器出现故障，必要时更换备件进行测试，以确定是否故障。当确定为传感器故障时应及时联系厂家维修。

2.2 日照数据偏差较大

2.2.1参数设置错误

当主备站日照传感器数据偏差较大时，首先需要检查ISOS 软件和传感器的经纬度、时差、时间等设置是否正确，若设置无误进行下一步检查。

2.2.2传感器污染

在ISOS 软件维护终端发送READDATA 命令，检查设备状态码是否正常，若设备状态码判别为“污染”，需要现场检查数字日照计的光学镜筒是否有灰尘或污垢，若有用软布进行清洁。若设备状态码正常进行下一步检查。

2.2.3传感器安装不规范

现场检查日照传感器的对称轴线与南北方向是否平行、传感器是否水平及纬度倾角是否精确。

2.2.4传感器故障

如果以上检查均正常，偏差较大原因可能是由传感器采集电路温漂严重或光电感应器件老化造成，需要返厂校准或维修。

2.3 传感器光学镜筒起雾或结霜

2.3.1自动加热功能关闭

在ISOS 软件维护终端用“CPDEV”命令查看加热控制配置情况，如返回值第二位为“0”，表示加热禁用，用命令“CPDEV 0 2//30-30”或“CPDEV 1 2 6 14 30-30”恢复加热配置。

2.3.2供电电压不足

如果通过命令查看加热控制配置无误，继续检查日照机箱内调试模块下方的加热电源（白灰线）是否低于电压阈值12 V，如低于电压阈值表明供电电压不足，需按2.1.3中步骤检查供电模块故障。如电压正常，电路内部温度检查异常或加热控制元件故障，需联系厂家更换相应元件。

3 日常维护

为保证传感器测量数据可靠性，应在ISOS 软件中设置“日照缺测”“状态异常”“供电中断”等报警参数，保证在无人值守情况下设备异常时能够及时发现。同时应定期对传感器进行检查维护。检查维护内容有：传感器光学镜筒的污染情况，在日出前或日落后进行清洁；雨、雪、雾、霜、露等天气下应及时擦除光学镜筒上的雨雪和凝结物；每周检查干燥剂仓底部的湿度指示卡，当颜色由蓝色变成粉色时，需要及时更换上下两端的干燥剂；定期检查仪器的水平、方位和纬度等是否正确，发现问题及时纠正；每年定期对设备防雷接地进行检测，接地电阻应符合防雷要求；传感器使用2 年以上应由厂家或相应机构进行校准。

4 结语

随着中国气象观测业务全面自动化的不断推进，DFC1 型光学数字日照计等新型自动化设备不断投入业务运行，在减轻气象台站业务工作量的同时对业务人员装备保障维修能力要求日益提高。本文是日常工作的经验总结，希望能为气象台站业务人员提供一些帮助，以达到提高工作效率和观测数据质量的目的。