阿力艳木·吾甫尔 代君梅 胡伟
新疆维吾尔自治区库车市气象局 842000
摘要：本文在自动土壤水分观测仪系统组成及观测原理的基础上，重点分析了自动土壤水分观测[作者说这一部分少了水分]仪运行过程中常见的故障问题，并给出了有针对性的解决对策，最后提出了几点日常维护，以确保土壤水分观测仪可以持续稳定的运行。
关键词：自动土壤水分观测仪 故障 对策 日常维护
引言
对土壤水分变化规律进行监测，在探测和研究农业生产、气象、地质灾害及生态等方面具有重大意义。利用农田自动土壤水分观测仪可以全天候实时监测土壤水分变化，在降低观测工作强度、节约观测时间的同时，有效提升了观测工作效率，可以更好的满足气象事业、农业发展以及生态环境需求。当前，各级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，自动土壤水分观测仪很容易出现故障问题，不利于农业气象工作的顺利开展。
1、自动土壤水分观测仪系统组成及观测原理
1.1系统组成
实际上，自动土壤水分观测仪属于自动化的土壤水分观测系统，主要包括硬件和软件两部分，可以对数据进行一系列的采集和传输。硬件主要有四部分组成，分别是土壤水分传感器、采集器、供电系统和通讯系统；软件则包含采集软件和业务软件两部分。采集软件主要运行在采集器内，而后者在用户终端计算机上运行。自动土壤水分观测仪器主要以地区为单位而进行组网建设，对于单站来说，在观测到土壤数据后会借助于气象宽带网络或GPRS网络向中心站服务器进行传输，省级气象部门建设的土壤水分中心站服务器可以接收和处理自动土壤水分数据信息，在将数据形成报文后会直接向国家级数据中心进行上传。
1.2工作原理
自动土壤水分观测仪主要利用FDR原理，结合在探测器在不同介电系数物质中的电磁波频率变化，将被测物质的含水量计算出来，进而采集、处理、储存和传输土壤水分贮存量信息。具体说来就是仪器内部为一单杆多节式传感器，在每组传感器中包含两个铜环，外部主要是PVC材质的套管，避免水或其他流体对内部电子元件产生干扰，进而对土壤水分观测数据的准确性产生影响。对于自动土壤水分观测仪来说，主要选用了LC电路原理，LC电路可以将震荡频率受到电感（L）和电容（C）变化的影响情况表述出来。电容的改变在一定程度上决定了频率的变化，而两铜环间、套管和套管外土壤均会对电容造成不同程度的影响。
2、自动土壤水分观测仪器的故障解析
2.1供电单元故障
对于DZN2型自动土壤水分观测仪来说，供电系统选用的太阳能电池和铅酸蓄电池进行供电，主要包括充电控制器、铅酸蓄电池和太阳能电池板三部分。天气因素对这种供电方式有较大影响，若是台站的数据出现有规律性的中断，可能是电源控制器模式设置错误或者是蓄电池异常造成的。对于前者来说，由于不同模式下的控制器会对采集器供电时间进行自动控制，一旦数据出现规律性的终端，需对控制器的模式进行查看，正常情况下的模式为“6”；对于后者来说，若是台站连阴雨天气持续一段时间，会对太阳能电池充电产生影响，进而导致充电能力不足。
尤其是在冬季出现时，此时的气温相对较低，随着温度的降低蓄电池容量也随之减少，不利于自动土壤水分观测仪器的正常运行。为了尽快解决因供电单元故障而对自动土壤水分观测仪产生的影响，需要工作人员第一时间做好蓄电池的更换；增加太阳能电池板接触面积；增强蓄电池容量；在条件允许的情况下，可以将观测站点选用市电接入。
2.2采集器故障
自动土壤水分观测仪数据采集器故障的主要表现形式是观测的数据缺失或者是数据异常。工作人员需要根据以下步骤逐项检查采集器。①供电检查。检查红色电源指示灯是否长亮，若不良，需对接线端子的连接情况进行检查，避免出现松动，对其进行重新拔插，若是仍旧不能启动，应对电池电压进行测量，正常情况下的电压数值在12~15V之间，若是测出的电压数值不在该范围内，需对电池进行更换，若电压正常，则可能是采集板出现故障引起的，可对采集板进行重新更换；②检查采集程序运行情况。对黄色RUN指示灯的闪烁情况进行检查，若是不闪烁或不亮，则说明采集板故障，可以对其进行维修或更换；③串口通讯检查，借助于Soil-Debug调式软件，利用RS232接口与采集器通讯读取时钟，若时钟读数正常，则说明采集器串口通讯可以正常工作，若是读取的时钟出现连续失败，则可能是通讯故障造成的，需对采集板重新进行更换；④GPRS通讯检查，主要是对GPRS指示灯状态进行查看，绿色常亮说明服务器登录成功，若是不良，需对SIM卡安装的牢固情况进行检查，或者是查看是否因欠费停机，还要做好GPRS天线接口是否脱落的检查，若是没有异常情况下，需要对GPRS信号强度进一步查看，若是各项检查无异常，登录服务器仍旧是失败，则说明GPRS模块故障，需对采集器进行更换。
2.3传感器故障
土壤水分观测仪器传感器故障的主要表现形式是观测数据异常跳变、缺失或超出正常范围。在出现这种情况时，可以根据以下步骤逐项检查传感器。首先，检查传感器外观。检查之前需将电源开关关闭，打开传感器防水保护盖后，取出传感器检查里面是否进水，若是传感器上出现水珠或者锈蚀，则说明传感器套管内进水，进而影响传感器的正常测量，此时需做好安装套管的防水处理，对传感器重新进行更换；其次，检查接线端子。对每层传感器跳线的脱落情况进行检查，对各层传感器排线插针进行按压，以保证各器件之间的可靠连接；检查传感器内部电路板与铜环极板件的连线是否出现脱落，若是连线脱落，可对其进行重新焊接；最后，调试软件。借助于自动土壤水分观测系统软件将观测到的土壤水分值读取出来，若是土壤水分值异常，可以利用Soil-Debug将该层传感器频率值读取出来，正常情况下该数值在30~80kHz，一旦传感器频率值超出该数值范围，则说明是传感器故障，需对该层的传感器重新进行更换。
3、设备日常维护
为了保证设备正常运行，需要工作人员对设备部位定期进行维护，由于土壤水分传感器长期置于地下土层中，应加强维护巡查。①对采集器机箱进行定期查看，主要是检查表面是否受潮或积尘，及时清除机箱内部的灰尘；将太阳能面板上的鸟粪、灰尘、积雪等杂物及时清除干净，防止对电池的正常充电产生影响；②每六个月将传感器从土中取出检查，检查套管是否受潮，并重新更换传感器内放置的干燥剂，一旦发现传感器表面有水珠或受潮，需要及时清除干净，并做好防水加固处理，应始终确保套管内干燥；每年雨季或者农田灌溉前需对安装传感器套管的防水情况进行检查，并对进线口、螺丝口、保护帽及管壁接口处选择密封胶进行防水加固。
参考文献：
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作者简介：阿力艳木·吾甫尔（1992.09)，女,维吾尔族，新疆维吾尔自治区库车市人，本科学历，助理工程师，从事气象工作。