国家级自动站 DFC3 型日照计常见故障分析与维护 王淑
发布时间：2023-07-29T05:15:39.023Z 来源：《科技新时代》2023年8期 作者： 王淑
[导读] 本文阐述了光电式数字日照计的基本结构与工作原理，列举了我站近年在日照计在运行过程中的常见故障，分析了原因并提出了处理方法，以及日常维护的步骤与方法，旨在为基层气象台站的工作人员在日常业务运行中对日照传感器运行和维护工作提供技术帮助。
福建省霞浦县气象局 福建霞浦 355100
摘要：本文阐述了光电式数字日照计的基本结构与工作原理，列举了我站近年在日照计在运行过程中的常见故障，分析了原因并提出
了处理方法，以及日常维护的步骤与方法，旨在为基层气象台站的工作人员在日常业务运行中对日照传感器运行和维护工作提供技术帮
助。
关键词：DFC3型日照计；工作原理；故障分析；日常维护
日照观测是气象台站地面气象观测的基本项目之一。根据地面气象观测自动化改革的要求，福建省气象局于 2018 年底在全省所有国家
级气象台站安装了 DFC3 光电式数字日照计，2019年7月1日正式业务运行。与传统的暗筒式日照计相比，DFC3 光电式数字日照计避免了以
往日照纸人工涂药的主观性差异[1]，增强了日照观测的及时性和准确性，减轻了观测人员的工作强度。为确保数字日照计的运行良好，有
必要了解其基本工作原理，分析其在运行过程中出现的常见问题，并找出解决方法，同时也为日常维护提供技术性意见，满足地面气象观
测业务自动化发展及台站无人化值守的需求，提高日照自动观测的准确率、连续性和稳定性。
1 DFC3型光电式数字日照计工作原理简介
光电式数字日照计主要由光电式数字日照传感器、供电单元、数据处理单元、通信单元、安装附件等部分组成。核心部件光电式数字
日照传感器，外观为一个玻璃圆筒，内部包括光学镜筒、光电探测器、遮光筒、信号处理电路和防霜露加热器等，组成结构如图1所示[2]。
图 1 光电式数字日照传感器结构图
北京腾控智仪科技有限公司
光照强度传感器使用说明书
测量参数
光照范围: 1～200Klux
测量精度：±5%
光谱范围：400～1100nm（敏感区域集中在植物生长所需自然光谱内）
反应时间: < 2S
信号类型：0～2V / 4～20mA
转换公式：光照= V/0.01 (Klux)
光照= (I-4)*200/16 (Klux)
电路参数
工作电压：11～24V(典型值12V)
静态功耗：约 8mA
工作温度范围：-35℃～75℃
输出负载：< 300Ω(典型值100Ω)
功能特点
体型小巧，安装方便
壳体密封性好，防水
测量精度较高，稳定性好
采用300～800nm视觉修正光学片
50%以上感光区域集中在400~800nm范围,适合植物所需自然光的照度测量
引线定义
电源正：红色线 电源地(信号地)：黑色线 信号正：绿色线
注意事项
本传感器对自然光源及热光源较敏感，对冷光源不敏感，所以不适合荧光测量。
采光球罩为玻璃材质，请勿磕碰，摔打，须轻拿轻放。
内部已固定，请勿私自拆卸外壳，以免位置发生变动影响测量。
传感器如果长期放置在室外，球罩应定期擦拭，以免影响透光。
当光照较强时输出电流随之增大，可能会对内部电路升温，建议采用间歇供电。
适用范围
可广泛用环境、温室、实验室、养殖、建筑、高档楼宇、工业厂房等的光线强度测量。
日照传感器工作电路
一、可以满足的教学功能
本电路板模拟空调控制模块根据日照传感器的信号控制风门电机的运行，重点在于日照传感器的内部形成电路是如何把光照转变成不同的电压信号的，通过该电路板的学习，可以：
1、掌握日照传感器工作电路的组成和工作原理；
2、掌握电路构成主要部件的作用和工作原理；
3、学会电路板工作性能的检测方法；
4、学会电路板常见故障的诊断和维修方法；
5、掌握万用表的使用方法。
二、电路板工作原理
通过调节灯泡D1的亮度来模拟日照的强度，来使电机正反转，从而调节风门电机的开度。
1、接通电源后，555电路使灯泡D1亮，旋转电位器RT2可调节灯泡的亮度。
2、光照通过光敏二极管使其导通，产生电压信号通过运放U1信号放大后输送给单片机U3。单片机U3收到信号后驱动光耦及各个三极管，以便使电机正、反转动。
3、当灯泡亮度增强时，电机正转，亮度减弱时电机反转，以此来调节风门的开度。
4、J0端为电路板提供12V和5V信号。
电路原理图如下：
元器件参数表：
元件编号 元件名称 参数
R1、R2 电阻 510
R3、R5 电阻 10K
R4、R7、R8 电阻 1K
R10、R11 电阻 270Ω
C1 瓷片电容 0.01uf
C2 瓷片电容 0.1nf
C3、C4 瓷片电容 0.1uf
CT1 电解电容 10uf
CT2、CT3 电解电容 22uf
N1 光敏二极管
Q1 场效应管 IFR540
Q2 三极管 7805
RTI 电位器 10K
RT2 电位器 100K
Q3、Q4、Q7、Q8 三极管 C8550
Q5、Q6、Q9、Q10 三极管 C8050
D5、D6、D7、D8、D2、D10 二极管 1N4007
D1 灯泡
U1 运算放大器 LM258
U2 555定时器 NE555
U3 单片机 STC12C5204AD
U4 光耦 TLP521-2
S1 复位按键
HEBEINONGJI机电•教育•推广摘要：随着经济和科学的全面发展，我国气象发展事业取得了显著的进步，尤其重视实现气象现代化和全面深 化气象改革的决策部署，特别是地面观测自动化实施之后，我国出现了新的气象发展理念，为推进地面观测自动化奠 定了基础。DFC2是一种智能化日照监测设备，其具有稳定性强、测量精度高等优点，在我国的许多气象机构被应用。 本文主要阐述了 DFC2具体的测量原理和日常的维修运行方式等，希望为相关的工作人员提供参考。关键词:DFC2光电式数字日照计；日常维护；日照传感器DFC2光电式数字日照的使用和日常维护宁夏麻黄山气象站高鹏日照具体指太阳在一个地区的实际照射的时数，其以小时 为单位，同时取一位小数。日照是表示气象的重要元素。光电氏 b照计不仅能对日照进行连续的观测，同时精度也非常的高,对 天气预报和气象事业的发展有重要的作用。最为重要的是为农 业的发展和环境的监测提供重要依据。1 DFC2光电式数字日照计测量原理DFC2光电式数字日照计在感应器的辅助下对太阳的辐射 和散射进行观测,同时观测必须是连续性的。观测之后再进时 算,从计算数据中判断光照存在的基本情况。需要注意的是,在 进行辐射值计算的过程中，明确直接辐射应该为总辐射和散射 辐射之间的差值，在多数情况下，如果直接辐射度大于等于 120W・m-2则算作有日照。2 DFC2光电式数字日照计的安装2.1 DFC2光电式数字0照计站址选择DFC2光电式数字日照计对安装地点有一定的要求,应该在 开阔地带，就是在一整年中都能够受到太阳的直接照射。需要注 意的是，如果有障碍物遮挡的话，日出和日落的方向与障碍物之 间的角度不能超过5。度左右。假如观测地点不合适的话，应该 选择在高一点的建筑上进行安装,需要注意的是,在安装的过程 中要保证仪器和周围附近地表无高反射比的物体。2.2 DFC2光电式数字3照计安装位置DFC2光电式数字日照计在观测场安装应该重视以下几方 面，即在观测场内的暗筒式日照计原址上安装，在安装的过程中 日照计传感器和供电通信单元箱之间的位置应该合适。2.3 DFC2光电式数字0照计安装在安装DFC2光电式数字0照计的过程中需要借助水泥基 座,其长度、宽度和深度分别为400毫米、400毫米、600毫米，同 时还应该保证其和地面之间的高度，光电式数字日照计距离地 面有一定的高度，为150厘米左右。此外，因为受到环境的限制， 在进行安装的过程中，髙度的确定应该结合实际情况进行具体 的调整。3 DFC2光电式数字日照计校准3.1校准周期对DFC2光电式数字日照计校准必须符合相关的规定，每年 必须进行校准，同时次数不能少于一次。3.2软件设置参数在进行参数设置的过程中需要注意一些问题，即按照相关 的规定进行，其中设置的通信参数为波特率9600、奇偶校验位 N、数据位8、停止位lo同时还应该设置调试助手,通过检查核定 内容是否存在错误。3.3观测场简易校准DFC2光电式数字日照计有配套的卡刀,其应该安装在日照 计底盘固定处，如果太阳在中午十二点时，投影在卡刀前的线槽 中，则证明日照计南北是一致的。4 DFC2光电式数字日照计日常维护在进行DFC2光电式数字日照计日常维护的过程中应该注 意一些问题，即定期检查日照计是否存在被污染的情况,为此, 应该对0照计内光学镜筒进行仔细检查,发现污染情况及时清 理,需要注意的是清洁时间的选择,应该选择在日出前或者是日 落之后。此外,还应该定期检查日照计内的干燥情况。如果发生 雨雪天气应该及时清理光学镜筒上的凝结物。此外，为了保证仪 器设备的正常运行，应该定期对仪器的水平位置和方位进行确 定,一旦发现问题，必须及时纠正。还应该定期对供电设施进行 检查，及时更换电池等,随时观察设备运行情况。5常见故障判断及简单故障排除5.1 ISOS软件无法接收到数据DFC2光电式数字日照计数据线要接观测场串口服务器服 务上,之后利用网络通信的方式将数据进行传输，这可以在ISOS 软件维护终端的协助下完成。如果数据不能正常回执的话，应该 对软件是否存在问题进行检查和试验。检查的主要内容有软件 采集到的数据是否准确、采集时期参数的设置是否准确、日照的 参数是否存在飆等。5.2日照数据偏差的原因日照平行观测软件能够自动观测日照的时数,和人工观测 时数存在一定的偏差。这种现象出现是多种因素共同作用的结 果。第一，玻璃罩内有污垢。第二，在安装日照计之前没有对障碍 物进行确定，而污染也将引起偏差。第三，日照传感器的头部是 否指向北,在安装的过程观察经纬度是否存在偏差。第四，暗筒 式日照计与日照传感器之间对日照时数的算法存在不同之处， 即日照传感器采样的时间为10秒，如果进行人工观测的话，产 生误差的可能性比较大。第五，日照传感器中的经纬度和软件设 置的经纬度存在一定的偏差。2020年第6期 斫*衣如
