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自动气象站DFC1型日照计常见故障分析及维修维护

发表时间：2021/6/10 来源：《探索科学》2021年4月作者：田苗

[导读] 本文结合石河子市气象站使用DFC1型日照计实际，首先简要概述了日照计构造和工作原理，接着分析了日照计运行中常见的故障，并给出了有针对性的维修对策，最后提出了几点日照计日常维护，仅供相关部门进行参考借鉴。

新疆石河子市气象局田苗 832000

摘要：本文结合石河子市气象站使用DFC1型日照计实际，首先简要概述了日照计构造和工作原理，接着分析了日照计运行中常见的故障，并给出了有针对性的维修对策，最后提出了几点日照计日常维护，仅供相关部门进行参考借鉴。
关键词：DFC1型日照计常见故障维修对策日常维护
        引言
        自地面气象观测自动化改革以来，新疆石河子市气象局在台站中安装了DFC1光电式数字日照计，有效避免了人工涂纸的主观性，有效弥补了传统人工观测的不足，进一步提升了日照时数观测数据的准确性和及时性水平，降低了测报人员的工作强度。由于在平行观测期间光电式数字日照计运行中存在一些问题，不利于测报工作的正常开展。因此，有必要对自动气象站DFC1型日照计工作原理和使用中的常见故障进行分析，以确保日照计可以持续稳定的运行。
        1、DFC1日照计构造和工作原理
        1.1构造组成
        对于DFC1日照计来说，主要是由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括FS-RZ1数字式日照传感器、日照计机箱、外围组件等；软件部分则是由ISOS业务软件及传感器中的嵌入式软件组成。在光纤和光纤通信盒的作用下与串口服务器直接进行连接，之后则连接采集器。DFC1型日照计的主要部件是FS-RZ1日照传感器，主要对日照数据进行测量、信号采集、数据存储和通信，在测量日照的过程中发挥着重要作用。
        1.2测量原理
        结合世界气象组织指南，日照时数测量是在给定时间段内直接太阳辐射超过120W·m-2各时间分段的总和。FS-RZ1 日照传感器的感应部分主要包括三部分：光学镜筒、遮光筒和光电探测器。光电探测器主要有三个，呈现出上、中、下三级排布方式。其中第一级光电探测器始终在太阳辐射中暴露，可以对太阳总辐射进行测量；第二、三级的光电探测器被设计为在任意时刻都有一个被遮光筒遮蔽，并不能接收到直接太阳辐射，经过该光电探测器测量出的信号在计算机处理之后会形成太阳散射辐射。对于当前的太阳直接辐射辐照度来说，是太阳总辐射与散射辐射之差，之后与120W·m-2的阈值进行对比，处理完成后就能将日照信号输出，借助于软件计算可以而出分钟日照、小时累计日照和日累计时数。
        2、自动气象站DFC1日照计常见故障及处理
        2.1日照数据缺测
        在地面气象观测工作中，一旦发现日照观测数据出现缺测，可能涉及供电、通讯、设备、参数设置等方面的问题。
        2.1.1供电问题
        对于自动气象站DFC1日照计来说，其正常情况下的电压数值为13.6V，若是在日常观测中发现供电模块的电压值与该数值之间的差距较大，需要工作人员检查供电机箱市电接入情况，之后对AC/DC电源端输出的直流电压和负载端的供电情况分别进行查看。可以利用外用表对直流电压进行测量，以对故障发生区域进行准确判断。若是因接线松动引发的故障问题，可以对线路重新接入，同时还要拧紧螺丝。
        2.1.2通讯问题
        若是自动气象站中的供电正常，需对传感器航空插头松动情况进行检查，若是插头出现松动或者接触不好，可以对插头进行重新插接或者紧固；之后对连接硬件集成器的通讯线路进行检查，若是出现短路或者断路的情况，可以对线路进行重新连接或者更换。
        2.1.3设备问题
        若是供电情况和通讯线路都没有异常情况出现，此时的日照观测数据仍旧出现缺测，则可能是DFC1日照计出现故障问题造成的，可以对日照计进行重新更换，查看缺测问题是否得到解决，若是问题解决，则说明是日照计故障，反之亦然，需进一步判断。

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        2.1.4参数设置问题
        日照计参数设置错误，也会引发日照数据缺测。需要工作人员对ISOS软件日照的串口号及其参数的设置情况进行确认，同时还要查看NPORT 串口信息与ISOS 软件通讯参数是否一致，若是一致，说明参数设置正确，反之则说明参数设置错误。
        2.2日照数据有较大偏差
        在实际的观测工作中，若是发现日照观测数据与实际数据之间有较大偏差，可能是环境因素或设备安装异常造成的。对于环境因素来说，由于日照传感器长期裸露在空气中，很容易被鸟粪、尘土污染，进而导致光路被遮挡，很容易引发电信号方面的问题，使得采集到的日照数据异常。对于设备安装方面的问题，在安装过程中没有将日照传感器朝向正北方向，或者是日照计有一定倾斜。为了及时解决日照数据偏差较大的问题，需要工作人员及时将传感器的污染物清理干净，或者按照《使用说明书》对日照计进行调整。
        2.3日照时数为0
        对于晴天下的日照观测，往往存在着有光照但是日照时数为0的情况，出现这种情况的原因是日照计和ISOS软件的计算时差未保持一致。为了避免因日照时数为0而影响观测数据质量，需要工作人员将ISOS软件设备打开，在维护终端处选择日照串口处理，并将对应的指令READDATA输入进去，发送之后返回到BG , 812345 , 00 , YSDR , 000... 一串数字符号，将返回数据中的“北京时”与“地方时”进行对照，检查其与台站参数中地方时差是否保持一致，若是地方时差不一致，需结合当前维护对地方时差进行重新计算，并发送对应命令设置。
        3、自动气象站DFC1日照计日常维护
        3.1加强仪器巡视
        在守班过程中，需要工作人员值班员需要对仪器进行定时巡查，恶劣天气出现时还要适当增加观测次数。在对台站内的观测仪器设备进行巡视的过程中最好选择在日出前，夏天更应如此。巡视的过程中，主要是对传感器石英玻璃罩进行检查，同时还要查看周围是否存在鸟粪、蜘蛛网等，避免对辐射数据采集产生影响，一旦发现异物需及时清理干净。在对玻璃罩上的污垢进行清理时，选择在传感器受光面后面，直接选用软布进行擦拭；针对不易清除的硬结污垢，选用酒精或者清水进行擦拭，之后选用软布擦干。需要引起注意的是，禁止选用带有腐蚀性的溶液或硬质布料对污渍进行清洗或者擦拭，防止玻璃外罩出现刮痕，影响观测精度。
        3.2确保可靠供电
        每月定时检查蓄电池的接线柱是否硫化，是否有液体流出，一旦发现这些情况出现，需及时对蓄电池进行更换。每每季度应对蓄电池进行充放电一次。实际上，几乎每个气象台站都配备有12 V12AH 的蓄电池，加热过程中该设备的最大功率达到了15W左右，无加热时的最大功率接近2W。对于单独供电的蓄电池，应准确把控放电时间，可以借助于AUTOCHECK 命令对光电组件电压进行检查，防止以过度放电引发数据缺测。
        3.3定期检查校准
        每月定时对日照计的安装情况进行检查，同时还要对日照传感器的水平度、方位、纬度等信息进行检查；查看固定底座的水平情况，头部是否指北、倾斜角度与当地纬度值是否保持一致，一旦发现问题需及时校准纠正。
        结论：
        综上所述，自石河子市气象站引用DFC1 型光电式数字日照计以来，实现了对日照叔叔数据的自动连续化观测，降低了观测员的工作强度，提升了观测质量和效率。同时，对观测数据的采集、传输和质量控制等均实现了观测过程中的智能化和信息化特征，进一步推动了石河子市地面气象观测工作的顺利开展。
参考文献：
[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社.2003 年 11 月第一版.
[2]骆世娟. 光电式数字日照计的工作原理及维护维修[J].气象水文海洋仪器,2020,37(1):72-75.
作者简介：田苗（1982.08），女，汉，甘肃省定西市县人，本科，副高，从事综合地面观测工作。