某型整體組件上電不復(fù)位故障分析及排除

馬平野

摘要：介紹了某型整體組件上電復(fù)位的原理、過程及相關(guān)分部件的功能，詳細(xì)分析了某臺(tái)整體組件上電不復(fù)位故障的原因，闡述其修理過程，并對(duì)整體組件上電不復(fù)位這一典型故障進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：光電雷達(dá)；開機(jī)不復(fù)位；光學(xué)—機(jī)械組件

Keywords：optical radar；power on without reset；optical-mechanical components

0 前言

某型整體組件主要由電子部件、光學(xué)—機(jī)械組件、制冷系統(tǒng)和激光測距器組成，其中光學(xué)—機(jī)械組件包括掃描機(jī)構(gòu)、物鏡、放大器、整流罩、角度傳感器及其邏輯組件、電機(jī)控制組件等。該型整體組件上電后，掃描反射鏡應(yīng)自動(dòng)回復(fù)零位，代表整體組件中的電子部件、光學(xué)—機(jī)械組件工作基本正常。

在修理中有一類典型故障：整體組件上電后系統(tǒng)不能自動(dòng)回復(fù)零位。產(chǎn)生這一故障的原因是多種多樣的，但多發(fā)生于光學(xué)—機(jī)械組件。本文結(jié)合一臺(tái)產(chǎn)品的修理過程，對(duì)該組件引起的此類故障進(jìn)行歸納分析。

1 整體組件工作原理

1.1 復(fù)位工作原理

整體組件上電后，自動(dòng)執(zhí)行存儲(chǔ)于電子部件只讀存儲(chǔ)器中的復(fù)位程序，掃描機(jī)構(gòu)在電子部件的控制下自動(dòng)回到方位、俯仰坐標(biāo)零位。這是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)，控制方塊圖如圖1所示。

1.2 復(fù)位工作過程

復(fù)位工作過程經(jīng)過以下6個(gè)步驟：

1）電子部件開機(jī)約120ms后，內(nèi)部信息處理裝置自動(dòng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)自檢程序，該程序主要完成部分寄存器清零、部分譯碼器檢查以及邏輯、算術(shù)運(yùn)算部件的自檢等功能。

2）電子部件自檢后，將發(fā)送3組同步信號(hào)和節(jié)拍脈沖到光學(xué)—機(jī)械組件的方位、俯仰、傾斜角度傳感器，使這3個(gè)角度傳感器開始工作。

3）方位、俯仰、傾斜角度傳感器將代表當(dāng)前位置實(shí)時(shí)角度的格雷碼送入電子部件，電子部件進(jìn)行格雷碼到二進(jìn)制碼、串行碼到并行碼的轉(zhuǎn)換，同時(shí)在相應(yīng)寄存器允許信號(hào)的控制下通過內(nèi)部總線進(jìn)入信息處理裝置。

4）信息處理裝置進(jìn)行目標(biāo)指示角度為零的計(jì)算程序，將方位、俯仰、傾斜3個(gè)通道的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制碼通過內(nèi)部總線輸出，其中方位、俯仰通道控制碼為8位二進(jìn)制碼，進(jìn)入系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性校正環(huán)節(jié)，按照一定的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行校正使之達(dá)到最優(yōu)。

5）校正后的二進(jìn)制碼進(jìn)入傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)數(shù)字控制信號(hào)脈寬調(diào)節(jié)電路，進(jìn)行調(diào)寬碼計(jì)算。

6）計(jì)算好的調(diào)寬碼輸入整體組件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各個(gè)電機(jī)的電流形成器，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)掃描機(jī)構(gòu)回到零位。

2 故障相關(guān)組件及其功能

2.1 電子部件

電子部件是整體組件與其上位機(jī)進(jìn)行信息交換和控制整體組件工作狀態(tài)的核心處理部件。電子部件能夠?qū)崿F(xiàn)整體組件與其上位機(jī)之間的信息交換，形成控制掃描機(jī)構(gòu)的工作信號(hào)，處理來自上位機(jī)和光學(xué)—機(jī)械組件的信息，控制激光測距器的工作狀態(tài)，實(shí)施整體組件的自檢。

2.2 傾斜角度傳感器

傾斜角度傳感器是一個(gè)角度—碼的光電變換器，變換器本身是一個(gè)12位的位置變換器，其用途是發(fā)送關(guān)于光電探測裝置在傾斜方面0～360°角度范圍內(nèi)的角度位置信息。

2.3 方位、俯仰角度傳感器

方位、俯仰角度傳感器同樣是一個(gè)角度—碼的光電變換器，不同于傾斜角度傳感器，其本身是一個(gè)14位的位置變換器，用于發(fā)送掃描反射鏡在方位和俯仰上的角度位置值。

2.4 傾斜邏輯組件

傾斜邏輯組件接收來自放大器—形成器的信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)狀況，向發(fā)射器輸送節(jié)拍脈沖的順序，產(chǎn)品的節(jié)拍脈沖和探測脈沖都輸入邏輯組件，而關(guān)于產(chǎn)品軸的角位置的信息是按這兩個(gè)通道從邏輯組件向前輸送的。邏輯組件還用于產(chǎn)品與電子部件的信息交換。

2.5 方位、俯仰邏輯組件

方位、俯仰邏輯組件由兩個(gè)多層板和一個(gè)裝有全部邏輯元件的印刷電路板制成。節(jié)拍脈沖和探測脈沖從電子部件進(jìn)入邏輯組件，而關(guān)于整體組件軸角位置的信息是從邏輯組件沿兩個(gè)高位字節(jié)的通道向前發(fā)送。邏輯組件用來提供產(chǎn)品工作時(shí)所需的十進(jìn)制算法以及實(shí)現(xiàn)與電子部件交聯(lián)。

2.6 ДМ-10電機(jī)

共有三個(gè)ДМ-10直流力矩電機(jī)，兩個(gè)固定在掃描機(jī)構(gòu)殼體上，傳動(dòng)比為0.2，用于保證掃描反射鏡搜索場方位方向上的運(yùn)轉(zhuǎn)；一個(gè)安裝在掃描鏡旋轉(zhuǎn)軸上，傳動(dòng)比為0.2，用于保證掃描反射鏡搜索場在俯仰方向上的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.7 ШДА-3電機(jī)

共有兩個(gè)ШДА-3電機(jī)，一個(gè)為傾斜步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)比為1/89，用來控制光電探測器的轉(zhuǎn)動(dòng)；另一個(gè)為光圈步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)比為1/56，用來控制光圈機(jī)構(gòu)葉片的散開與收縮。

2.8 步進(jìn)電機(jī)ШД控制組件

步進(jìn)電機(jī)ШД控制組件用于形成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4個(gè)相位上的控制脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)保證光電探測裝置傾斜方向的轉(zhuǎn)動(dòng)和光圈的旋轉(zhuǎn)。ШД板的電路由兩個(gè)相同的控制通道構(gòu)成：傾斜上的（М）和光圈控制上的（Д）。每個(gè)通道的控制電路形成控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4個(gè)相位的正向、反向配電脈沖，當(dāng)從正向配電轉(zhuǎn)換到反向配電時(shí)，發(fā)生步進(jìn)電機(jī)的倒轉(zhuǎn)。

2.9 電流形成器

電流形成器是一個(gè)橋式功率放大器，其用途是將寬脈沖調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制直流力矩電機(jī)ДМ-10的電流。電流形成器是由晶體三極管1НТ251和2ТС622以及功率晶體三極管2Т808А及133系列微型電路制成。

在恒定周期情況下，寬脈沖調(diào)制信號(hào)相對(duì)于u=5V以負(fù)脈沖形式輸入形成器的兩個(gè)輸入端之一。寬脈沖調(diào)制信號(hào)兩個(gè)輸入端的存在決定了形成器輸出電流的兩個(gè)方向，即直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)方向。

3 故障原因

同樣是不復(fù)位，細(xì)節(jié)現(xiàn)象不同，故障引發(fā)原因多有不同。整體組件上電不復(fù)位分為以下兩種情況。

1）上電后掃描鏡靜止不動(dòng)

這種情況發(fā)生的原因多為電流形成器故障、步進(jìn)電機(jī)ШД控制組件故障，導(dǎo)致無法供電，相對(duì)應(yīng)的電機(jī)無法工作。

2）上電后掃描鏡亂動(dòng)，傾斜、光圈卡滯異響亂動(dòng)

這種情況發(fā)生的原因多為角度值的異常（如角度傳感器故障、邏輯組件故障）或供電異常，導(dǎo)致電機(jī)無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

4 故障檢查與排除

某臺(tái)整體組件的故障現(xiàn)象為上電后傾斜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)異常。通過串件檢測的方法很容易將故障點(diǎn)定位在步進(jìn)電機(jī)ШД控制組件。

4.1 電路原理

根據(jù)電路原理圖可知，電機(jī)ШД控制組件分為傾斜、光圈兩部分，且兩部分相同。本次故障為傾斜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)異常，因此分析傾斜部分的電路。該電路分為兩部分，前部分為邏輯處理部分（見圖2），主要由四2輸入與非門、雙通道JK觸發(fā)器、三極管陣列等構(gòu)成；后部分主要為功率放大部分（見圖3），主要由大功率三極管、二極管等構(gòu)成。

4.2 故障檢查

首先對(duì)邏輯處理部分進(jìn)行檢查。使用直流穩(wěn)壓電源，一路5V接入電機(jī)ШД控制組件Ш41插頭的13針，對(duì)應(yīng)5V的地接入Ш41插頭的20針，使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率125Hz、2.5V的信號(hào)，接入Ш41插頭的15針，對(duì)應(yīng)的地接入Ш41插頭的16針。使用示波器對(duì)У9芯片（四2輸入與非門）、У8芯片（雙J-K觸發(fā)器）、У10（雙與或非門）進(jìn)行測量，邏輯關(guān)系正常。繼續(xù)測量У11、У12（四2輸入與非門），輸入信號(hào)均正常。測量У11的輸出信號(hào)時(shí)的參考信號(hào)和采集信號(hào)如表1、表2所示，從中可見У11芯片（型號(hào) 134ЛВ1?。┑?路前級(jí)輸入信號(hào)正常，但4路輸出只有1路有信號(hào)，輸出異常，因此定位為У11芯片故障。

4.3 故障分析

У11芯片（型號(hào)134ЛВ1?。樗?輸入與非門，共有8路輸入、4路輸出。若輸出只有1路，將使后級(jí)電路無法正常工作，無法產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的4個(gè)相位上的控制脈沖，傾斜無法復(fù)位，導(dǎo)致整體組件上電不復(fù)位。故障的134ЛВ1А芯片為1990年生產(chǎn)，至今已經(jīng)使用27年，因此判斷為內(nèi)部電路老化失效，屬于偶發(fā)故障。

4.4 故障排除

領(lǐng)用新的134ЛВ1А芯片進(jìn)行更換，恢復(fù)步進(jìn)電機(jī)ШД控制組件并裝入整體組件，重新用檢測設(shè)備進(jìn)行通電檢查，整體組件上電后能夠復(fù)位，性能合格，故障排除。

5 維護(hù)建議

整體組件上電不復(fù)位是一種最常見的故障，但原因卻是非常多樣的。現(xiàn)在的產(chǎn)品多數(shù)已使用20年以上，芯片老化、機(jī)械器件磨損現(xiàn)象比較普遍，排故時(shí)不必按照原理分析時(shí)列出的工作過程查找，應(yīng)先進(jìn)行分部件故障定位。同時(shí)，也應(yīng)注意到一些非原理性的細(xì)節(jié)，如某臺(tái)不復(fù)位的故障件的故障點(diǎn)是其在電子部件與整體組件之間的插針彎折。排故時(shí)應(yīng)遵循由簡入難的原則，先確認(rèn)所有連接關(guān)系部分是否有效，以便少走彎路。

參考文獻(xiàn)

[1]31Е光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)技術(shù)使用指南[Z].第2冊(cè).

[2]童詩白，等. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]蔣立平，等. 數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.