日照是指与天空背景漫射光的日盘亮度相关的、或易于由人眼观测的、并在受照射物背面出现阴影等有关的现象,是中国气象局统一布局观测项目之一,各级气象台站均须观测。日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120W/m2的那段时间总和,以小时(h)为单位,取一位小数。
我国气象观测站使用的日照观测仪器有乔唐式日照计、 聚焦式日照计、太阳直射辐射表和日照传感器。2018年以前我国大多数台站使用的是乔唐式日照计(也称暗筒式日照计),只有少数高纬度台站使用聚焦式日照计,利用太阳光通过仪器上的小孔射入筒内,使涂有感光剂的日照纸上留下感光迹线,来计算日照时数。日照纸需使用赤血盐(铁氰化钾)和枸橼酸铁铵(柠檬酸铁铵)分别与水按照1:10和3:10比例配好药液进行涂刷。2018年开始,云南省国家级气象台站已布设了DFC2型光电式数字日照计,包含 HYSD-1 型光电式数字日照传感器、供电系统和安装支架三个部分,该日照计集光电信号采集、处理、存储、通信、实时时钟为一体,光电式感应响应快、 测量精度高、性能稳定、可长时间独立运行,且安装 方便、操作简单、易于维护。
目前DFC2型光电式数字日照计已经正式投入云南省气象业务运行,为进一步提高设备保障维护能力和业务质量,结合寻甸国家气象观测站业务运行情况对其使用维护和故障排除进行分析总结。
DFC2 光电式数字日照计包含 HYSD-1 型光电式数字日照传感器、供电系统和安装支架三个部分。HYSD-1型光电式数字日照传感器是一款基于总辐射-散射辐射测量原理、无需机械转动的高精度数字化光电式日照观测设备,主要由光筒和纬度调节装置组成。光筒内部核心感应部件是三个光电感应器件,其中 1 个光电感应器件用于测量总辐射,另外 2 个光电感应器件用于测量散射辐射,其遮光罩采用特殊的全分天空方式,使二者不能同时暴露于阳光下,用于测量散射辐射,输出电压信号。感应部件外装有JGS3石英玻璃筒,它可透过 270～3200nm 波长的辐射,并保护内部感应部件不被灰尘污染。光筒底部安装数据采集处理单元电路板,输出数字信号,并自带 1W 和 10W 加热器,在温度较低时,可自动启动加热。光筒顶部装有干燥剂,防止水汽凝结。
HYSD-1 型光电式数字日照传感器硬件采用集成化、微型化设计,便于集成在传感器光筒内,具体线路见图一。实现对三路光电感应器件的数据采集、计算得到直接辐射数据,并对日照时数进行累加计算得到日照观测数据。日照传感器内部具有 64M bit Flash 存储,可存储六个月的分钟数据。并带有 1W 和 10W 加热控制单元,可根据用户需要选择是否启用自动加热功能。日照传感器以 RS-232 通信方式与主机进行交互。
主要原因: ISOS 软件和日照传感器内部设置错误、断电或者供电异常、航空插头未插好或者线路断路、传感器故障等。
检查步骤: 检查 ISOS 软件日照的COM口是否与串口服务器上的COM口相一致,COM口通讯参数与R232通讯方式的波特率(9600,8,N,1)相一致;检查日照传感器的航空插头是否有短路或者断路、松动、接触不良等问题。断路或者短路主要通过用万用表的一支笔接触信号线一端的一根线芯,另一支笔依次对信号线另一端的同一根线芯接触,测试其通断性,检测信号线两端各线芯之间是否存在短路(不同线芯之间)或断路(同一根线芯上)。若断路或者短路,重新更换线缆后排除故障;检查供电机箱是否供电正常。先测量日照传感器航空插头的B和 A端子电压是否正常(9～15V)。若电压为 0V,则可能是电源线路短路或者短路、刀片开关未插好、保险丝损坏、蓄电池损坏,逐项检查。若电压较低,一般是蓄电池老化或者给蓄电池充电的电源有问题导致的电源故障,重新更换相关备件后即可恢复。
主要原因:传感器相关设置不正确,进入调试模式等多方面的原因。
检查步骤: 一是观测成功次数仅有开机的一次的问题。主要表现为安装好日照传感器,连接串口服务器并且挂机完成但观测成功率仅有开机的一次,在串口终端发“READDATA”命令返回正常的以BG开头ED结尾的命令回复,并且还有几串以SR开头SD结尾的命令串。在ISOS软件设备管里菜单下的终端维护或者串口调试软件中发送“SETSMPCOM,0”命令,串口终端应回复T,并且再读取数据无SR开头SD结尾的命令串,若出现串口终端回复
主要原因: 传感器被遮挡,光污染,安装及设置不正确,传感器故障。
检查步骤:检查光电式数字日照传感器的玻璃罩是否有灰尘,如有则用用软布将光筒擦净;查看日照传感器附近是否有障碍物遮挡或者镜面建筑反光所导致的误差,如有及时拆除相关障碍物或者光污染源;每月应检查仪器安装情况,仪器的水平、方位、纬度等是否正确,发现问题,及时纠正,若安装不正确,会影响测量精度。
主要原因:自动加热功能关闭、供电系统故障。
检查步骤:用ISOS软件设备管里菜单下的终端维护或者串口调试软件中“HEATCTRL”命令查看是否禁用自动加热功能,如返回值为0,6,则未开启,发送“HEATCTRL,1,6”命令打开自动加热功能,或者“HEATCTRL,0,3”命令强制打开 10W 加热功能。若已经打开自动加热功能,工作一定时间后仍未除霜或除雾,则进行下面检查。
查看日照计的传感器插头是否松动、接触不良。若松动,将航空插头重新插接紧固,检查供电机箱是否供电正常,检查传感器航空插头的B和 A端端子电压是否低于停止加热的电压阈值,如果低于电压阈值则DFC2日照传感器自动停止加热。如果电压正常,则联系厂家工作人员维修。
每天日出前、日落后,应检查DFC2日照传感器玻璃罩是否清洁、干净,遇有灰尘、凝结物等影响源时要及时用软布将传感器光筒擦净;每天19时检查DFC2日照计时钟情况。光电式数字日照计时钟精度误差≤2秒/月,若时钟误差偏大,可用“DATETIME”命令重新设置当前时间;每天定时三次检查颜色指示卡是否变色,出现30%湿度点变为粉色时需要引起业务值班人员注意,出现40%湿度点变为粉色时业务值班人员必须及时更换干燥剂,出现 50%湿度点变为粉色时业务值班人员需要检查玻璃罩是否密封不严或者有缝隙等现象。
每天定时查看日照传感器观测数据,结合当天天气情况和最近相同天气的日照数据进行对比分析,认真分析日照传感器数据质量,发现传感器观测数据有问题时要及时启用备份仪器进行观测。
若DFC2日照传感器附近出现光污染、障碍物等影响观测质量时,应及时向上级气象部门、当地党委和政府汇报,及时拆除相关影响源,确保气象探测环境不被破坏;当传感器表面出现覆冰时,请勿用棍棒、金属、玻璃等硬物进行剥离,使用传感器自身加热功能后再进行清理。
每月定期检查日照传感器的各个部分是否被腐蚀或者自然损坏,特别是在自然条件较为恶劣的台站。如果有损坏或者腐蚀应当立即进行处理、更换;每月对日照传感器的安装的纬度、水平位置、南北安装方位,发现问题及时进行处理。
每月定期检查是否出现采集电路温漂严重或光电感应器件老化等现象,若出现及时进行更换。
每月检查供电设施,保证供电安全,每季度给蓄电池和备用UPS电源充放电 1 次,出现强对流天气过程时要注意检查电源空气开关是否跳闸;蓄电池若长时间不使用,投入使用之前要检查电压情况。电池长时间使用后应当定期查看是否有液体流出,如果有应当立即更换新电池。
DFC2数字日照计使用两年以上时,需由相关计量部门对其灵敏度进行检定,若检定不合格,需重新更换传感器。
随着气象现代化建设向纵深推进,伴随各类新型业务设备大量出现,对业务人员的装备保障和维护能力提出了更高的要求,特别是DFC2光电式数字日照计才运行一年多,更是我们平时需要重点掌握的地方。
DFC2数字日照计较乔唐式日照计(也称暗筒式日照计)具有观测精度高、性能稳定、维护方便等特点,但作为一款新型日照观测设备在业务运行过程中难免不出现采集电路温漂严重或光电感应器件老化等问题。因此,业务人员有必要重点加强对新型气象观测设备的观测原理、设备维护和故障排除等加强学习,提升气象装备保障业务能力和水平,当出现气象观测设备故障时能快速准确的查明原因、排除故障、解决问题,进一步提升气象观测资料的质量和效益。
摘要：2018年随着全国气象业务的布局和调整,日照观测由人工观测调整为自动观测,寻甸国家气象观测站于2018年12月5日开始进行DFC2数字日照计的安装使用,2019年1月1日至6月30日期间为平行观测阶段,2019年7月1日开始正式投入业务运行,做好DFC2数字日照计的日常维护及故障排除工作对提升日照观测数据的质量和服务效益有重要作用。本文从DFC2日照计的原理、业务运行中相关故障的排除和处理、日常维护等三个方面进行介绍,保障日照观测业务的正常运行。
关键词：DFC2,日照计,维护,故障排除
[1] 地面气象观测规范[M].北京:气象出版社,2003.
[2] WMO.气象仪器与观测方法指南[M].北京:气象出版社,2008.
[3] 新型自动气象站实用手册[M].北京:气象出版社,2015.
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