船用測深儀的特殊故障分析

丁龍祥

(江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 211170 )

0 前言

測深儀是各類大型船舶上的重要測量儀器之一，在航行中出現(xiàn)測深儀不能正常工作對船舶安全航行來說非常危險(xiǎn)，因此要加強(qiáng)對測深儀的維護(hù)保養(yǎng)，尤其是當(dāng)發(fā)生故障時(shí)。本文對接修一臺SZS-3型分列元件電路的測深儀特殊故障維修過程加以記錄，結(jié)合理論進(jìn)行分析研究，希望對同行對電器維修有一定的借鑒作用。

1 故障現(xiàn)象

SZS-3型測深儀是典型的分列元件電路，此機(jī)幾年前因不顯示水深曾修理過，此后，一直工作正常。這次的故障表現(xiàn)跟上次情況一樣。經(jīng)詢問排除了因電源異常、異常操作或異常接觸導(dǎo)致機(jī)器損壞，機(jī)器屬于自然損壞。在排除了常見故障后，裝船開機(jī)試驗(yàn)，數(shù)碼管上有數(shù)字顯示，但顯示不正常，深度指示忽大忽小，極不穩(wěn)定，產(chǎn)生了這一特殊故障現(xiàn)象。

2 故障分析與排除

SZS-3型測深儀整機(jī)由接收放大電路（CP1板）、主振門控電路（CP2板）、數(shù)字分頻電路（CP3板）、譯碼顯示電路（CP4板）、發(fā)射電路（CP5板）和電源電路（C601板）六大部分組成。

打開機(jī)器后發(fā)現(xiàn)CP1板上BG401有更換過的痕真。CP1板是回波接受放大電路板，零點(diǎn)信號和回波信號經(jīng)BG101、BG102、BG103三級調(diào)諧放大，由 D103、D104、C120、C121、L102和R121組成的倍壓檢波器檢波送出脈沖信號，然后經(jīng)由 BG104及其外圍元件構(gòu)成的整形電路整形后的脈沖信號分兩路輸出，一路經(jīng)電容 C126耦合，D107削波，BG106倒相，輸出正極性脈沖送給主振門控電路中的 FF201；一路經(jīng) D106削波BG106倒相，作為AGC的控制信號，送BG107、W601—W606及K604等組成的AGC電路，通過D101和D102等實(shí)施增益控制。BG401是接受電路的第一級放大器的放大管，此管壞，接受信號無法送到后級形成控制脈沖打開和關(guān)閉計(jì)數(shù)門，從而數(shù)碼管上就無法進(jìn)行深度顯示，故可以確認(rèn)這兒就是上一次的損壞部位。那么這一次是否還是此處損壞？檢測BG401工作點(diǎn)正常，基本排除此元件再次損壞。繼續(xù)在CP1板上查找。用鑷子觸碰 BG201的基極，同時(shí)用示波器監(jiān)視 BG106的集電極，無波形輸出。用與上相同的方法，觀看BG103的C極有干擾波形，BG104的基極無波形，繼續(xù)測試 C120電容上也無任何波形，因而，可判斷 B103變壓器有問題，用電烙鐵焊下并且拆開檢查，果然發(fā)現(xiàn)次級線圈接點(diǎn)霉斷。修復(fù)后試機(jī)，機(jī)器雖有顯示，但深度顯示時(shí)大時(shí)小，變化不定。遇到這種軟故障，只有先從原理上分析研究入手，仔細(xì)研究主振門控電路、數(shù)字分頻電路、譯碼顯示電路、發(fā)射電路和電源電路。

1）主振門控電路（CP2板）。主振電路由JT201、BG201—BG205、D201及D202等組成。BG201和晶體JT 201等構(gòu)成電容三點(diǎn)式標(biāo)頻振蕩器，振蕩頻率為75KHz。振蕩輸出經(jīng)BG202緩沖，BG203、BG204整形成方波輸出。方波信號輸出受由D201、D202等構(gòu)成的與門電路（計(jì)數(shù)門）控制，當(dāng) D202的負(fù)端為高電平，或?yàn)檎龢O性信號時(shí)，方波信號可送往后級，否則被阻斷。若主振頻率不穩(wěn)定及經(jīng)整形后的方波輸出幅度不足，可能會導(dǎo)致深度顯示不穩(wěn)定。門控電路由FF201---FF204、BG206、BG208和 BG209等組成。本機(jī)發(fā)射時(shí)，發(fā)射信號（即零點(diǎn)信號）經(jīng)接收放大和FF201厚膜電路及其外圍元件組成的單穩(wěn)態(tài)電路整形，其1腳輸出一定寬度的方波脈沖，觸發(fā) FF202及其外圍電路組成的雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，當(dāng)FF202(1)腳為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)門打開，75 kHz脈沖輸出進(jìn)行分頻計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)谝坏阑夭ㄐ盘柦?jīng)接收放大和整形后，觸發(fā)FF202使其又翻轉(zhuǎn)一次，則FF202(1)腳變?yōu)榈碗娖?，一路使?jì)數(shù)門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)；一路去觸發(fā)FF203單穩(wěn)態(tài)電路的第20腳，使FF203翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)F203暫態(tài)為0.7 s，作數(shù)字顯示時(shí)間，0.7 s后再進(jìn)行復(fù)零和發(fā)射。FF203（1）腳分兩路輸出；一路經(jīng)BG208輸送至FF202（20）腳作自鎖用，當(dāng)?shù)诙?、第三道回波?jīng)放大整形后送至 FF202，使其不致改變工作狀態(tài)，當(dāng)FF203由暫態(tài)恢復(fù)成常態(tài)即自動解鎖。另一路輸出觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路 FF204（暫態(tài)時(shí)間為0.7s），其 1腳輸出復(fù)零脈沖，經(jīng) BG206緩沖，對數(shù)字分頻和譯碼顯示電路實(shí)施復(fù)零。同時(shí)，F(xiàn)F204的8腳輸出與1腳輸出極性相反的信號，即1腳0.1 s寬度的正極性復(fù)零脈沖結(jié)束時(shí)，8腳立即輸出正極性脈沖，8腳比1腳延遲0.1 s輸出正極性脈沖，確保電路先復(fù)零后發(fā)射。8腳輸出通過電容C209經(jīng)D205削波后，控制BG207的基極，使BG207工作于飽和或截止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)繼電器J501控制發(fā)射電路的工作。此電路中的K603、D207和R231等提供復(fù)位功能，K602b用于機(jī)器由“預(yù)備”打到“工作”狀態(tài)時(shí)進(jìn)行自動復(fù)位。FF201的暫態(tài)時(shí)間偏小、FF202工作異常、FF203（1）腳的輸出不能對 FF202實(shí)施良好的自鎖、FF204（1）腳輸出的復(fù)零脈沖不正?；虿荒軐?shù)字分頻和譯碼顯示電路進(jìn)行良好的復(fù)零等，都會影響工作的穩(wěn)定性。

2）數(shù)字分頻電路（CP3板）。數(shù)字分頻電路由雙穩(wěn)態(tài)厚膜電路 FF301--FF308及其他外圍電路構(gòu)成。FF301--FF304構(gòu)成第一個(gè)十分頻器，F(xiàn)F305--FF308構(gòu)成第二個(gè)十分頻器。K604對應(yīng)為面板上的深度開關(guān)。75 kHz方波信號直接經(jīng)K604b的1檔送譯碼顯示電路，對應(yīng)0—10m的低量程檔；經(jīng)第一個(gè)十分頻器分頻后的信號，由FF304（8）腳送出，經(jīng)K604b的2腳接到譯碼顯示電路，對應(yīng) 0—100 m的中量程檔；經(jīng)第一、第二兩個(gè)十分頻器100分頻后的信號，由FF308（8）腳送至K604b的3腳，到譯碼顯示電路，對應(yīng)0-200 m的高量程檔。FF305--FF308厚膜組件性能不穩(wěn)定，電路接觸不良，會引起工作不穩(wěn)定。不過數(shù)字分頻電路的故障概率較小。

3）譯碼顯示電路（CP4板）。譯碼顯示電路由三塊相同的電路板組成三位數(shù)。譯碼顯示電路是將由FF401--FF404組成的四級雙穩(wěn)態(tài)電路，通過邏輯電路及 FF401所控制的 BG411及BG412單雙管作用，使每種狀態(tài)只控制一個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，對應(yīng)數(shù)碼管 G401某個(gè)數(shù)字的顯示。譯碼顯示電路類似與數(shù)字分頻電路，引起工作不穩(wěn)定故障的概率非常小。

4）發(fā)射電路（CP5板）。發(fā)射電路由G601、G602、B601及 B602等件組成。G601、G602、B601及B602等構(gòu)成多諧振蕩電路，振蕩輸出經(jīng)B602的次級偶合送發(fā)射換能器。發(fā)射電路的輸出功率受繼電器J502的控制，0—200 m檔有效。發(fā)射電路的工作受繼電器J501的控制。發(fā)射電路發(fā)射功率偏小、電路工作異?；蜻B續(xù)發(fā)射，會造成不穩(wěn)定現(xiàn)象。

5）電源電路（C601板）。電源部分由電源變壓器B603，整流及穩(wěn)壓電路組成。電源輸入可為220 V或110 V交流。電源變壓器的初級采用分檔抽頭，由電源開關(guān) K601進(jìn)行調(diào)節(jié)，能適應(yīng)電壓在90 V—130 V或200 V—240 V范圍內(nèi)變化。B601次級輸出有供發(fā)射管燈絲用的 6.3 V交流電；DD601等整流穩(wěn)壓輸出的-12 V電壓，供AGC電路及復(fù)位電路用；DD602、BG601等整流穩(wěn)壓輸出的+12 V電壓，作為電路的主要電源；DD603、D604等整流濾波輸出的+840 V和+420 V電壓，用于對發(fā)射管 G601和 G602進(jìn)行偏置；D501等整流濾波輸出的-150電壓，用于發(fā)射管的 極偏置；D608等整流濾波輸出的+180V電壓，提供給數(shù)碼管的陽極。

電路中CP2板上提供了K201和K202兩個(gè)維修開關(guān)，平常處于“工作”位置。當(dāng)將維修開關(guān)K201打到“主振”狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)門失去對信號的控制，方波信號暢通無阻。方波信號經(jīng)BG205到相后送數(shù)字分頻電路。維修開關(guān) K202位于“自?！蔽恢脮r(shí)，用于 FF204（1）腳輸出的復(fù)零脈沖使FF202翻轉(zhuǎn)，從而打開計(jì)數(shù)門。自校時(shí)計(jì)數(shù)門的關(guān)閉由譯碼顯示電路的溢出脈沖通過 BG209緩沖后，促使FF202翻轉(zhuǎn)來實(shí)施。充分利用維修開關(guān)，可大大提高維修速度。將CP2板上的維修開關(guān)K201打到“主振”位置，K202打到“自?！蔽恢?，數(shù)碼管周期性重復(fù)地顯示，并在所選量程的最大深度讀數(shù)上有短暫停留，顯示正常。說明主振門控、數(shù)字分頻和譯碼顯示電路都正常。再用干擾法檢查一次接收放大電路，同時(shí)對應(yīng)調(diào)整 AGC電位器W601—W606，調(diào)整前記下電位器的原來位置，調(diào)整好后恢復(fù)到原位，進(jìn)一步確認(rèn)了接收放大電路是正常的。人工模擬J501的動作，用示波器檢測發(fā)射輸出波形正常，說明發(fā)射電路也是好的?；谏厦娴臋z查，各電路工作均正常，毫無疑問電源電路肯定沒有問題。那么問題出在哪里呢？

船用測深儀測量水深是靠裝在船底的發(fā)射換能器，向海底發(fā)射超聲波，超聲波碰到海底后反射回來形成回波，被接收換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號，送主機(jī)處理。倘若回波信號過較弱，低于AGC的控制范圍，或回波信號因受海底底質(zhì)的影響或其他聲波的干擾，回波不穩(wěn)定，都有可能使深度顯示不正常。將主機(jī)裝船，深度開關(guān)置于0-10 m檔，調(diào)整W601、W602，深度顯示似有些變化，但還是不穩(wěn)定，將深度開關(guān)置0-100 m檔，情況基本一樣，暫不認(rèn)為回波信號強(qiáng)度有問題。其它聲波干擾的可能性也不大，因船舶周圍的環(huán)境并不差。海底底質(zhì)的情況，因船停泊在老碼頭，值得懷疑，反復(fù)推敲后，還是要求船舶離開碼頭試一試。船舶剛離開碼頭不久，測深儀顯示正常了，至此問題迎刃而解。

3 故障維修探討與總結(jié)

不管集成電路測深儀還是分列元件測深儀，電路原理大同小異，抓住維修的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)極為重要。

1） 接收電路輸出脈沖

據(jù)此脈沖的有無可判斷是收發(fā)電路故障還是主振、門控、計(jì)數(shù)、顯示電路的故障，將電路分為是模擬電路部分還是數(shù)字電路部分的故障。

2） 接收電路輸入信號

模擬干擾此端看接收輸出脈沖的情況，據(jù)此可判斷是接收電路的問題還是發(fā)射電路的問題。

3） 計(jì)數(shù)門模擬斷開與閉合

閉合計(jì)數(shù)門，若數(shù)碼管上有周期性的數(shù)字顯示，表示主振、計(jì)數(shù)與顯示電路正常，否則檢查門控電路。

4） 主振輸出

主振輸出正常，檢查計(jì)數(shù)與顯示電路，否則檢查主振電路。

5） 復(fù)零脈沖

復(fù)零脈沖不正常，會引起電路工作的紊亂。

6） 計(jì)數(shù)溢出脈沖

此脈沖可協(xié)助確認(rèn)主振門控、數(shù)字分頻和計(jì)數(shù)等電路是否正常。

4 結(jié)語

目前，船用測深儀牌號繁多，電路千差萬別，并且船舶上使用的測深儀大都已集成化，但基本工作原理大同小異，若電氣維修人員能熟練掌握一種典型分列元件電路測深儀原理分析，常見故障的排除，則遇集成電路測深儀的維修時(shí)，以不變應(yīng)萬變，就能駕輕就熟、事半功倍，就能對測深儀的任何故障應(yīng)付自如。只有不斷訓(xùn)練遇到故障冷靜分析、快速判斷的思維訓(xùn)練，不斷積累維修經(jīng)驗(yàn)，平時(shí)注重分析研究總結(jié)，才能談得上為祖國的航運(yùn)事業(yè)保駕護(hù)航。