DZN2 型自动土壤水分观测仪常见故障分析维修

摘 要：文章主要通过 DZN2 型自动土壤水分观测仪系统结构介绍，分析各部分工作原理，结合多年工作经验，总结DZN2 型自动土壤水分观测仪常见故障，给出相应故障分析和测试方法，通过相应技术手段排除故障，为技术装备人员提供技术参考。

关键词：DZN2 型 自动土壤水分观测仪 常见故障分析维修

中图分类号：S152.7文献标识码：A文章编号：1003-9082（2020）06-0-02

一、引言

DZN2型自动土壤水分观测仪可以快捷地对不同层次的土壤水分数据进行自动观测，实现了土壤水分观测的连续性，极大地提高了质量和效率，为农业干旱监测和农业气象服务提供高质量的土壤水分自动观测资料。可是在业务应用过程中自动土壤水分观测仪也不时出现一些故障，国内许多学者在仪器常见故障的维修方面进行了深入研究[1-3]。在日常技术保障中，总是能遇到各种各样的问题，为了快速解决遇到的问题，需要熟知仪器的组成结构、功能及测试办法，还要掌握利用仪器调试软件进行测试和参数配置方法，这样可以有效地提高故障排查能力，保障仪器设备正常运行。

二、DZN2 型自动土壤水分观测仪工作原理及系统组成

1.工作原理

DZN2型自动土壤水分观测仪利用FDR （Frequancy Domain Reflection ）频域反射原理，根据自动土壤水分传感器发出的電磁波在土壤介电常数中的频率变化，计算出土壤的含水量。水分含量是决定土壤介电常数的主要因素。测量出土壤的介电常数，能直接稳定的反应土壤的水分含量。DZN2 型传感器探测到的频率需要被转换到真正的体积含水量，这个过程需要在传感器读出的频率与测量的体积含水量之间建立特定的校准等式，组成相应的数学关系。DZN2型自动土壤水分观测仪监测具有连续探测、数据精度高、仪器安装简便、不破坏土层结构以及可自由测量不同深度的土壤含水量等优点，对农业、林业生产具有重要意义[4]。

2.仪器的构成

DZN2 型自动土壤水分观测仪主要包括硬件和软件两部分，硬件主要包括土壤水分传感器、数据釆集器、通信模块、供电系统和数据终端服务器;软件主要包括数据采集软件和数据浏览软件。DZN2型自动土壤水分观测仪由于多数安装在农作物地段，通常采用太阳能供电方式。土壤水分传感器根据需要确定土壤深度和层次，安装距离采集箱1米以上。土壤水分观测仪对采集的数据进行处理，得出土壤水分数值，经通信模块发至数据中心站。如果采用有线方式，通过微机终端连接有线网络实现组网向省级数据中心站的传输资料。因为大部分土壤水分观测仪安装农作物地段，故大部分设备采用无线传输方式。在数据采集器配备通讯模块，采用 GPRS/CDMA、GSM等方式实现采集器直接组网，向省级数据中心站直接传输资料。省级中心站将每个站点的频率参数录入数据库，经过数据处理在客户端数据浏览软件显示，台站通过数据浏览软件对土壤水分仪进行监控，发现问题及时维修。（如图1所示）

图1 DZN2型自动土壤水分观测仪系统结构图

三、DZN2型自动土壤水分仪常见故障

1.供电问题

DZN2型自动土壤水分观测仪的供电采用太阳能和铅酸蓄电池供电，由太阳能板、充电控制器、铅酸蓄电池组成。当所有指示灯均不亮时，可以判断为系统供电故障。可通过万用表直流 20VDC 档量取蓄电池供电电压来确定。供电系统排查流程：1、观察太阳能板各部位接线是否牢靠，表面是否清洁或被遮挡;2、测量蓄电池电压是否正常，若电压低于 10.8V 需更换蓄电池;3、测量太阳能电池板供电是否正常，将供电线取下测量，如果输出电压过低需更换太阳能板;4、电源控制器工作模式是否为“6.”，如果电源控制器的工作模式设置错误，通过按钮将工作模式改为正确模式“6.”;5、测量电源控制器直流输出是否正常，如果其他都正常但直流输出异常则需要更换电源控制器。

当持续阴雨天气时会导致太阳能充电能力不足，蓄电池可能出现亏电问题。当冬季气温较低时，蓄电池的容量也会减少，从而影响设备正常工作。出现设备供电不足时可以釆取更换新蓄电池、增加太阳能板面积、提高蓄电池容量等措施排除故障，如果观测站点能接入市电也可以接入市电。

2.浏览软件上所有数据突然缺测

如果数据浏览软件上DZN2型自动土壤水分观测仪的数据全部缺测，结合多年实践经验，分析数据突然缺测可能的原因主要有：（1）供电异常;（2）通讯异常;（3）釆集器故障;（4）传感器处理板异常;（5）连接线路异常。

结合多年实践经验，现将工作当中运用的排查流程罗列如下：

2.1供电检查。电源指示灯应该常亮，如果不亮，检查采集器板的供电端子是否连接牢靠，拔掉重新接上电源端子，用万用表测量蓄电池电压是否正常（正常范围为 12V～15V），如不正常则需更换蓄电池，如电压正常还不能启动，则说明主机板故障，需更换主机板。

2.2通讯系统检查。使用调试软件通过 RS232 接口与采集器通讯，首先进行读时钟操作，如果读时钟正常，日期时间也正确，则说明采集器串口通讯正常。如果读时钟异常，可去掉纽扣电池断电再送电，如时间经常不正常为纽扣电池馈电需要更换。

查看通讯指示灯是否常亮，如果不亮，应检查站点的 GPRS 信号状况，如果当地的2G信号不好，可以通过更换4G卡和通讯模块实现升级;检查 SIM 卡是否欠费停机，;检查 GPRS 天线是否脱落，重新安装即可，或更换新型的4G天线;通过通讯软件读取模块中服务器 IP 地址和端口号、登录apn是否正确，如果出现错误，重新设置;如果以上各项检查都正常，仍无法登陆服务器，则可判断 GPRS 模块出现故障，需更换通讯模块。

2.3采集器运行检查。运行指示灯是否正常闪烁，如不闪烁，则采集板故障，需更换采集板。读取采集器参数是否正常，若参数正常指示灯异常，特别是 RUN 不亮需要更换采集板。

2.4如果以上检查都正常，则做如下检查：①接线端子检查。检查跳线帽是否脱落，用手按压各层传感器和主机板相连的排线插针，确保各个连接器件之间连接可靠。 ②传感器外观检查。在彻底断电的情况下，检查各层传感器，卡槽松动或损坏、RS485 接口损坏、黃黑蓝棕线序错误、传感器处理板损坏、连接排线松动等问题都可能导致传感器与采集

器通讯无法正常连接，调试软件将与各层传感器无法进行通讯调试。检查线路做相应测试，如不正常则更换线路及传感器处理板。

3.浏览软件上某层频率为 0

一般为土壤水分传感器故障，排查流程：将土壤水分探测器取出更换故障当层传感器，重新写入新装当层传感器空气频率和水中频率，若故障恢复则为传感器故障，若故障未排除而新换传感器无故障则更换结构件可能是连接排针处有问题。

注意：1.更换传感器要注意新传感器地拨码开关要与所在层数进行对应，2.更换新传感器需向中心站告知新传感器的空气频率和水中频率参数。

4.数据异常跳变、超出范围

主要原因有以下几种：（1）自动土壤水分观测仪传感器出现故障导致数据出现走势异常。使用自动土壤水分观测仪数据浏览软件查看土壤水分值，如果某个层次的水分值异常偏高或过低，则读取该层的传感器频率值，正常范围应在30—80MHZ，若频率值超出此范围，则说明该层传感器可能接触有问题或已经损坏。 确认传感器出现故障后，应采用检查传感器是否进水，如果进水需要重新更换外套管来排除故障，同时需要更换新的传感器。（2）安装仪器不规范。查看土壤水分探测器周围土壤是否与仪器紧密接触，最好用钻土的安装方法，如果有龟裂现象要及时回填土。还不能恢复，需要重新选址安装土壤水分探测器。（3）站址地点作物进行浇灌造成数据异常。在进行作物浇灌时及时联系作物主人了解情况，以免对数据进行误判，同时保证仪器不能进水。（4）冻土的影响导致探测数据异常偏低。由于水的介电常数远远大于冰晶，当土壤中水分冻结时，会造成测量结果偏小，因此，冬季出现冻土时土壤水分数据一般不考核。

四、小结

1. DZN2型自动土壤水分观测仪实现自动观测土壤水分数据，自动通过网络传输，具有自动化，精度高， 极大地提高了数据质量和使用效率，对农业、林业生产具有重要意义。

2.做好土壤水分观测仪的安装和维护工作能够减少数据异常的发生。经常对观测场地进行维护，防止观测场地土壤龟裂带来的数据异常。定期查看传感器外防护管的密封情况，对供电系统及时检查维护。

3. 当故障发生时，了解系统结构及各组成部件的功能，同时掌握故障测试和诊断方法能够有效地提高故障排查效率，快速排除故障。

参考文献

[1]朱保美，周清.DZN1自动土壤水分观测仪及其维护与维修[J].气象水文海洋仪器，2011，（1）：124—128.

[2]薛龙琴，陈海波，师雨魁.河南省自动土壤水分观测网的建设与运行管理[J].气象与环境科学，2011，34，（4）：84—87.

[3]陈海波.DZN2型自动土壤水分观测仪常见问题分析[J].气象与环境科学，

2013，36，（3）：54—57.

[4]河南省气象科学研究所.GStar-I（DZN2）型自动土壤水分观测仪使用说明书[Z].郑州，2017.

作者简介：杨斌（1973—），男，河北省张家口市人，本科，工程师，从事气象探测设备保障。