利用示波器維修陸用壓電檢波器電路板二三例

李迎華，逯金艷，趙 忠，王秀英

(中石化地球物理公司勝利分公司 山東 東營 257000)

0 引 言

LDKJ-1A型陸用壓電檢波器在野外施工時，隨著使用時間的增加，會出現(xiàn)各種故障。經(jīng)統(tǒng)計，陸用壓電檢波器的故障有10%是來自于電路板。我們利用示波器、信號發(fā)生器和穩(wěn)壓源組成了測試系統(tǒng)，開展了電路板的測試維修，總結(jié)了幾種常見故障的測試檢修方法，與同行分享。

1 陸用壓電檢波器簡介

1.1 陸用壓電檢波器的組成及工作原理

LDKJ-1A型陸用壓電檢波器是一種有源加速度型地震檢波器，其結(jié)構(gòu)主要由護(hù)殼、機(jī)芯和電路板三大部分組成。

其工作原理是壓電效應(yīng)，即某些強(qiáng)電介質(zhì)晶體(壓電陶瓷片)受外力作用后，其分子內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使其兩個表面上產(chǎn)生數(shù)量相等、符號相反的電荷。在野外〗施工時，地震波使陸用壓電檢波器產(chǎn)生垂直位移，機(jī)芯中的質(zhì)量塊處于自由落體狀態(tài)，壓電陶瓷片受質(zhì)量塊慣性作用出現(xiàn)不同程度的形變，上片被彎曲拉伸，下片被彎曲壓縮，上下片的表面產(chǎn)生異性電荷，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能[1]。微弱的輸入信號經(jīng)檢波器中的電路板放大后傳到采集站由儀器接收。

電路板主要作用是放大信號，兼具初步濾噪的作用。

1.2 電路板解剖分析

電路板分為單層、雙層和多層結(jié)構(gòu)。陸用壓電檢波器的電路板屬于多層板，經(jīng)過復(fù)雜的工藝技術(shù)處理制作而成，由集成電路(運(yùn)放)、功率電阻、貼片電阻、貼片電容、貼片二極管、空氣放電管等不同的元器件組成。通過對電路圖的分析研究，電路板的一面是由集成件U1、U2和電阻、電容等組成的差分放大電路[2]，另一面是濾波、阻抗匹配和電源轉(zhuǎn)換電路。電路框圖如圖1所示。

圖1 LDKJ-1A型陸用壓電檢波器電路板示意框圖

2 陸用壓電檢波器電路板的測試維修

2.1 電路板的初步測試

在測試前首先進(jìn)行外觀檢查，進(jìn)水腐蝕、雷擊和元器件破損嚴(yán)重的電路板均按報廢處理。

外觀檢查正常的電路板用超聲波進(jìn)行清潔后進(jìn)行輸出電阻測試。不加工作電壓時電路板輸出端電阻為8.8 kΩ；給電路板提供7.2 V電壓時輸出端電阻為5.1 kΩ。

然后測試電路板分壓功能。給電路板提供7.2 V電壓，正負(fù)端對地電壓分別為-3.6 V和+3.6 V。

分壓和輸出電阻均正常的電路板進(jìn)入示波器檢測系統(tǒng)測試。

2.2 示波器檢測系統(tǒng)及測試方法

示波器檢測法是利用示波器跟蹤觀察信號通路的各測試點(diǎn)，根據(jù)波形的有無、大小和是否失真來判斷故障的一種測試方法。示波器檢測的特點(diǎn)在于直觀、迅速有效，通過示波器可直接顯示信號波形，也可以測量信號的瞬時值。

示波器檢測系統(tǒng)由示波器[3]、信號發(fā)生器[4]和穩(wěn)壓電源組成。信號發(fā)生器的通道1和通道2給電路板的兩個輸入端Vin+和Vin-分別輸入兩個幅度相同、相位相反的正弦差分信號。經(jīng)過多次實驗，設(shè)置通道1的信號為幅度200 mVpp、頻率80 Hz、相位180°；通道2的信號為幅度200 mVpp、頻率80 Hz、相位0°。穩(wěn)壓電源為電路板提供7.2V直流電壓。示波器的通道1和通道2分別顯示信號發(fā)生器提供給電路板的兩個標(biāo)準(zhǔn)信號，通道3顯示電路板的輸出信號，示波器檢測系統(tǒng)連接如圖2所示。通過觀察示波器顯示的輸出信號波形形態(tài)是否正常，以及波形放大是否在正常范圍內(nèi)(一般是輸入信號的2.4倍，±5%)來判斷電路板的好壞。

圖2 示波器檢測系統(tǒng)連接示意圖

2.3 示波器檢測系統(tǒng)應(yīng)用實例

2.3.1 輸入波正常，輸出信號有波形無放大

故障現(xiàn)象：如圖3所示，在檢測電路板的輸入信號時，示波器第1通道和第2通道波形顯示正常，但是電路板輸出端信號第3通道沒有放大。如圖3所示。

圖3 輸出信號有波形無放大

原因判斷:輸出信號有波形可以判定電源部分工作正常。波形無放大可以初步判定故障出現(xiàn)在放大電路部分。

解決辦法：檢查由集成元器件U1、U2及電阻、電容等組成的差分放大電路，如圖4所示。首先查看元器件R5、R1、R2、R39、R40和C1有無損壞脫焊，再查看焊盤有無脫落，最后測量各個元器件的參數(shù)數(shù)值來判別哪個元器件有故障，然后更換。集成元器件U1、U2損壞的可能性很小，但是有疑難故障難以判斷的時候，可以采用替代法，即找一個正常電路板上的器件進(jìn)行更換，從而確定U1、U2是否有問題。

圖4 差分放大電路部分

2.3.2 輸入波正常，輸出信號無波形

故障現(xiàn)象：如圖5所示，在檢測電路板輸入信號時，示波器第1通道和第2通道波形顯示正常，但是電路板輸出端第3通道沒有信號。

圖5 輸出信號無波形

原因判斷：這種故障可以判斷是放大電路沒有工作。

解決辦法：1)先檢查電源保護(hù)及電源轉(zhuǎn)換電路是否正常，確保放大集成件U1和U2工作電壓正常。2)檢查差分放大電路是否正常(參照2.3.1)，重點(diǎn)檢查可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的電阻R5阻值是否正常，有無脫焊。3)測試輸出電阻是否正常為5.1 kΩ，如果不正常，檢查濾波及阻抗匹配電路。整體來說就是按照信號流程梳理故障點(diǎn)進(jìn)行測試及維修。

2.3.3 輸入波正常，輸出信號波形失真

故障現(xiàn)象：如圖6所示，在檢測電路板輸入信號時，示波器第1通道和第2通道波形顯示正常，但是電路板輸出端第3通道輸出波形失真。

原因判斷：出現(xiàn)波形失真的情況一般是差分放大電路中的放大器件晶體三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)偏移引起的，有飽和失真和截止失真兩種情況。圖6是截止失真。出現(xiàn)這種故障主要是組成差分放大電路(圖4)的電阻和電容有故障[5]導(dǎo)致基極電阻變化引起的。

解決辦法：首先查看放大電路部分的電容是否脫焊或者因焊錫相連短路，再檢查測量這部分電路中各個電阻的阻值，從而確定某一元器件損壞。

圖6 輸出信號波形失真

3 結(jié)束語

利用示波器檢測系統(tǒng)，通過以上幾個故障的分析及解決，使檢修人員掌握了陸用壓電檢波器電路板各部分電路的功能及特點(diǎn)，便于在今后的工作中舉一反三，解決可能遇到的其他故障，從而保證陸用壓電檢波器的正常使用。