陳 寧 鮑 清 劉洪濤 戴 江 羅鴻宇

湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心 湖北武漢 430074

1 概述

日照是指太陽在一地實(shí)際照射的時(shí)數(shù)[1]。在氣象方面,日照一直采用的是暗筒式日照計(jì)進(jìn)行人工觀測(cè),這種觀測(cè)方式需要在觀測(cè)日照紙上涂抹感光藥水,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,同時(shí)準(zhǔn)確性受人為因素影響較大。由于我國各種氣象自動(dòng)化裝備陸續(xù)被研制成功,氣象觀測(cè)方面的人工觀測(cè)項(xiàng)目也被自動(dòng)觀測(cè)替代,氣象觀測(cè)也逐漸完成了自動(dòng)化推進(jìn)。目前湖北省氣象觀測(cè)中的日照觀測(cè)項(xiàng)目已經(jīng)全部由DFC2光電式數(shù)字日照計(jì)(以下簡(jiǎn)稱數(shù)字日照計(jì))的自動(dòng)觀測(cè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工觀測(cè)進(jìn)行日照的自動(dòng)觀測(cè)。

數(shù)字日照計(jì)是根據(jù)輻射測(cè)量原理研制出的日照自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備。用自動(dòng)設(shè)備觀測(cè)日照,不但減少了人力消耗,還減少了觀測(cè)過程中的人為因素影響,對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有很大幫助,為氣象及其他行業(yè)提供了更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 數(shù)字日照計(jì)的結(jié)構(gòu)

DFC2型數(shù)字日照計(jì)由以下幾個(gè)部分組成:HYSD-1數(shù)字日照傳感器(以下簡(jiǎn)稱傳感器)、含電源模塊、蓄電池及防雷模塊的機(jī)箱部分和設(shè)備支架三個(gè)部分組成,如圖1所示。數(shù)字日照計(jì)由串口數(shù)據(jù)線連接到綜合集成硬件控制器,再通過光纖連接到電腦中的地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件(ISOS),進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、傳輸并保存。

圖1 DFC2型數(shù)字日照計(jì)結(jié)構(gòu)組成

日照傳感器如圖2所示,使用光電感應(yīng)器觀測(cè)太陽的各種輻射的量值,計(jì)算出日照時(shí)數(shù),無須外接采集器,設(shè)備用串口線輸出數(shù)據(jù)。日照傳感器無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置,采用光電式感應(yīng)元件,高準(zhǔn)確度數(shù)據(jù)測(cè)量,性能穩(wěn)定、可長時(shí)間獨(dú)立運(yùn)行。供電部分則采用直流12V、38AH的蓄電池對(duì)整個(gè)儀器進(jìn)行供電,220V交流電對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。儀器安裝在支架上,其中固定傳感器的支架帶有緯度、南北子午線和水平調(diào)節(jié)裝置[2-3]。

圖2 日照傳感器實(shí)物圖

3 數(shù)字日照計(jì)的安裝與調(diào)試

3.1 數(shù)字日照計(jì)的安裝

數(shù)字日照計(jì)應(yīng)按照《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中設(shè)備的安裝位置要求進(jìn)行安裝,將數(shù)字日照計(jì)安裝在原有暗筒式日照計(jì)的位置上[4-6]。日照傳感器安裝高度應(yīng)距地面150±5cm,日照傳感器的光筒頂端朝北,底座應(yīng)保持水平。日照傳感器安裝完成后,將串口數(shù)據(jù)線連接到綜合集成硬件控制器的串口接口上。

3.2 數(shù)字日照計(jì)的調(diào)試

ISOS是數(shù)字日照計(jì)的接入軟件,將數(shù)字日照計(jì)接入ISOS軟件中且通信正常后,要對(duì)日照傳感器的區(qū)站號(hào)、經(jīng)緯度等基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。日照傳感器相關(guān)參數(shù)如下:QZ,12345修改臺(tái)站號(hào),將后面的12345修改成真實(shí)的臺(tái)站號(hào);LONG,111.11.11修改經(jīng)度,度、分、秒之間以“.”隔開;LAT,11.11.11修改緯度,度、分、秒之間以“.”隔開。

參數(shù)設(shè)置完成后,可以通過讀取分鐘數(shù)據(jù)命令“READDATA”來獲得傳感器中的數(shù)據(jù)。如果通過命令讀取的日照傳感器的數(shù)據(jù)為“BG,57494,01,YSDR,001,20191210134600,001,004,01,AJT,201912101331,AKA,1,AKB,20,AKC,004,0000,z,0,5023,ED”,其中57494是武漢站點(diǎn)的區(qū)站號(hào),01表示此站點(diǎn)是國家級(jí)基本氣象站,20230221124500表示當(dāng)前是北京時(shí)間2023年2月21日12點(diǎn)45分00秒,202302211223表示當(dāng)前的地方時(shí)是2023年2月21日12點(diǎn)23分。AKA,1表示當(dāng)前分鐘有日照,AKB,20表示小時(shí)內(nèi)累計(jì)有20分鐘日照,AKC,004表示日累計(jì)有0.4小時(shí)日照。

4 數(shù)字日照計(jì)的故障診斷與維修

通常情況下,數(shù)字日照計(jì)的大部分故障為無數(shù)據(jù),小部分故障為數(shù)據(jù)異常,可以按照下面的方法從軟件到硬件對(duì)故障進(jìn)行診斷排查與維修。

4.1 從接入軟件ISOS對(duì)日照傳感器進(jìn)行檢查

打開日照計(jì)的接入軟件ISOS中的維護(hù)終端窗口,將斷電重啟數(shù)字日照計(jì),查看啟動(dòng)信息是否在維護(hù)終端窗口顯示,如果有顯示,說明數(shù)字日照計(jì)與業(yè)務(wù)電腦數(shù)據(jù)通信正常。若沒顯示,則需要繼續(xù)進(jìn)行查找故障點(diǎn)。在ISOS軟件中,查看日照傳感器對(duì)應(yīng)的參數(shù)是否正確,其中傳感器的波特率是:9600、N、8、1,查看是否設(shè)置正確,若波特率設(shè)置錯(cuò)誤,也會(huì)使得通信不正常而導(dǎo)致無數(shù)據(jù)顯示。若通信正常,則檢查日照傳感器的時(shí)間是不是當(dāng)前時(shí)間,若不是當(dāng)前時(shí)間,會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常,則需重新設(shè)置正確的當(dāng)前時(shí)間。

4.2 對(duì)數(shù)字日照計(jì)的供電電源部分進(jìn)行檢查

檢查數(shù)字日照計(jì)的電池電壓是否高于12V,正常情況下電壓處于12～14V之間。儀器供電電壓不達(dá)標(biāo),會(huì)導(dǎo)致儀器工作不正常而數(shù)據(jù)異?；蛘邇x器徹底不工作[7]。若電壓為0,則懷疑保險(xiǎn)絲是否燒斷、電源開關(guān)是否合攏、電源接線是否松動(dòng),這幾項(xiàng)都需逐一排查。若電壓低于10V,說明蓄電池有電但是電力不夠,懷疑電池是否在充電,需檢查對(duì)電池充電的交流電供電是否正常。若正常,說明電池使用時(shí)間過長需更換;若不正常,則需要對(duì)供電的交流電進(jìn)行維護(hù)。

4.3 對(duì)通信線路進(jìn)行檢查

檢查數(shù)字日照計(jì)能否正常通信到ISOS軟件,各處的通信線路特別是串口232通信線的接頭處是否都緊固。首先檢查日照計(jì)到綜合集成硬件控制器的串口通信線是否連接正常,串口線是否有短路或者斷路情況。檢查是否短路:首先將數(shù)字日照計(jì)整個(gè)系統(tǒng)斷電,把日照傳感器端的串口通信線中的黃色發(fā)送信號(hào)線(TXD)和藍(lán)色接收信號(hào)線(RXD)斷開不接觸,在串口線的另一端找到對(duì)應(yīng)的線頭,使用萬用表蜂鳴檔測(cè)量這兩根線,通過蜂鳴聲來確認(rèn)串口通信線有無短路故障,有蜂鳴聲則有短路,無蜂鳴聲則無短路。檢查是否斷路:同樣是將數(shù)字日照計(jì)整個(gè)系統(tǒng)斷電,把日照傳感器端的串口通信線中的黃色發(fā)送信號(hào)線(TXD)和藍(lán)色接收信號(hào)線(RXD)連接到一起,在串口線的另一端找到對(duì)應(yīng)的線頭,使用蜂鳴檔測(cè)量這兩根線,也是通過蜂鳴聲來確認(rèn)串口通信線有無斷路故障,有蜂鳴聲則無斷路,無蜂鳴聲則有斷路。

在確定串口232通信線路無故障后,檢查與日照傳感器連接用于通信的綜合集成硬件控制器的接口是否正常,如懷疑接口故障,可以試著用綜合集成硬件控制器不同接口進(jìn)行連接,檢查通信是否正常。若換了接口后通信恢復(fù)正常,則是綜合集成硬件控制器的其中一個(gè)串口接口故障。

4.4 對(duì)日照傳感器外觀及加熱功能進(jìn)行檢查

檢查傳感器的外觀情況,光筒玻璃罩是否有遮擋,若有異物遮擋,用布擦拭干凈玻璃罩后檢查數(shù)據(jù)是否正常。若光筒玻璃罩有霧或霜,則需檢查日照傳感器的加熱功能是否已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行。日照傳感器本身帶有自動(dòng)加熱的除霧除霜功能,打開ISOS軟件的維護(hù)終端窗口發(fā)送“HEATCTRL,1,6”命令,可以打開日照傳感器的自動(dòng)加熱功能,也可以發(fā)送“HEATCTRL,0,3”命令強(qiáng)制啟動(dòng)日照傳感器的加熱功能。如果日照傳感器已開啟加熱10～20分鐘后,玻璃罩的霜或霧仍舊沒有消散,就需要檢查日照傳感器的供電電壓是否正常了,若電壓低于工作范圍,加熱功能就不啟動(dòng)。以上都排除后,則要檢查日照傳感器的加熱模塊是否產(chǎn)生故障了。最后檢查傳感器內(nèi)的干燥劑是否受潮變色,若受潮變色則要取出失效的干燥劑,放入新的干燥劑。

4.5 對(duì)數(shù)字日照計(jì)接地線的零地電壓進(jìn)行檢查

一般地面氣象觀測(cè)設(shè)備都會(huì)有接地線連接到整個(gè)觀測(cè)場(chǎng)的防雷地網(wǎng)中,既可以用作防雷保護(hù),也可以用作供電電源中的地線使用。數(shù)字日照計(jì)用到了交流電給電池充電,那么地線一定要接好,有時(shí)候交流電零線與地線間的電壓過高,會(huì)使得數(shù)字日照計(jì)工作不正常,產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)。因此,我們對(duì)數(shù)字日照計(jì)的零地電壓也要進(jìn)行測(cè)量,確保其在規(guī)定的范圍內(nèi)。

若以上檢查都正常,則要懷疑是傳感器內(nèi)部零件產(chǎn)生了故障,需要更換新的日照傳感器。更換新的日照傳感器后,要對(duì)日照傳感器的區(qū)站號(hào)、經(jīng)緯度等基本參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置。

5 數(shù)字日照計(jì)的維護(hù)

(1)每天應(yīng)檢查儀器是否正常工作,同時(shí)檢查觀測(cè)數(shù)據(jù)是否正確;每日必須填寫值班日志,按照規(guī)范中的要求,對(duì)缺測(cè)數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄。

(2)設(shè)備維護(hù)人員每月至少對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行1～2次全面巡查,清理光筒附著的雜物。若發(fā)生雨、雪、霧、霾等天氣,值班人員需及時(shí)將雪或其他凝結(jié)物等雜物從光筒上清理干凈,并檢查日照傳感器的除霧除霜情況;檢查光筒中的受潮情況,看干燥劑是否受潮變色,若變色就要更換干燥劑,更換后需扭緊蓋頂,防止水汽進(jìn)入導(dǎo)致受潮;檢查儀器電源是否正常,電池是否有12V電壓。

(3)若日照傳感器進(jìn)行了更換,安裝新日照傳感器時(shí)要注意恢復(fù)固定光筒與底座的夾角,新日照傳感器的參數(shù)也要重新設(shè)置。

(4)儀器出現(xiàn)故障時(shí),臺(tái)站人員可以先自行維護(hù)一些小故障,并同時(shí)做好值班日志記錄;碰上處理不了的故障時(shí),可以及時(shí)聯(lián)系省局技術(shù)保障人員,將故障信息詳細(xì)地告知他們,要求他們電話指導(dǎo)維修,或到現(xiàn)場(chǎng)維修。

結(jié)語

本文對(duì)DFC2型光電式數(shù)字日照計(jì)進(jìn)行了介紹,列出了日照計(jì)的幾種常見故障并分析了故障原因和排除方法,這些故障具有一定的代表性。為獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),為氣象、農(nóng)林業(yè)、旅游業(yè)和其他行業(yè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)服務(wù),就必須及時(shí)對(duì)觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)維修。本文就是希望臺(tái)站工作人員能在日照計(jì)出現(xiàn)故障后,及時(shí)準(zhǔn)確地找出故障點(diǎn),使設(shè)備盡快恢復(fù)正常。