GTC2型L波段探空數(shù)據(jù)接收機(jī)一次典型故障分析

陳銀東，柯莉萍，張玉逵，張 艷，閻 廷

(威寧縣氣象局，威寧553100)

0 引言

貴州只有貴陽探空和威寧探空兩個臺站，使用的探空設(shè)備是GFE(L)1型測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)。雖然GFE(L)1型測風(fēng)雷達(dá)在使用過程中穩(wěn)定性好，各項數(shù)據(jù)指標(biāo)均比較高，但遇到惡劣的天氣情況時常會出現(xiàn)故障。威寧地屬貴州西北部，平均海拔2200 m，夏季容易出現(xiàn)暴雨、大風(fēng)、冰雹和雷擊等各種惡劣天氣[1]，使GFE(L)1型測風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。而GTC2型L波段探空數(shù)據(jù)接收機(jī)作為兩個臺站的應(yīng)急備份設(shè)備，有兩個作用：一是當(dāng)GFE(L)1型測風(fēng)雷達(dá)發(fā)生故障時作為備份設(shè)備繼續(xù)探測，以保證高空氣象探測的要素資料完整性；二是與GFE(L)1型測風(fēng)雷達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比觀測實驗，提高其探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性[2]。

文章以威寧探空站2020-07-28 GTC2型L波段探空數(shù)據(jù)接收機(jī)的1次典型故障為例，根據(jù)接收機(jī)的工作原理，對故障原因進(jìn)行分析，并總結(jié)了故障排除流程。

1 GTC2型L波段探空數(shù)據(jù)接收機(jī)的工作原理

GTC2型L波段探空數(shù)據(jù)接收機(jī)由天線、方位仰俯驅(qū)動控制端、高頻組件、接收分機(jī)、電源系統(tǒng)和控制終端等組成。工作頻段(1675±6)MHz；探測范圍仰角2°～85°；方位角0°～360°；可探測有效距離80 km；垂直探測距離可達(dá)30 km[3]。探測原理是方位俯仰驅(qū)動控制端控制天線轉(zhuǎn)動，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動控制端內(nèi)多圈電位器，使多圈電位器阻值發(fā)生變化，接收分機(jī)輸入的電壓隨之變化，然后經(jīng)過LM358運(yùn)算放大器輸出，最后通過計算機(jī)控制終端得出相應(yīng)的方位及俯仰。

2 俯仰方位控制端的部分電路

GTC2型數(shù)據(jù)接收機(jī)方位控制電路主要以LM358運(yùn)算放大器為核心控制器件，其內(nèi)部有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，適用于電源電壓范圍很寬的單電源工作模式[4，5]，也適用于雙電源工作模式。在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)，主要通過調(diào)節(jié)RP16、RP17、RP18、RP19電位器控制GTC2接收機(jī)俯仰和方位端的左右限位[6-8]，如圖1所示。

圖1 仰俯方位控制端的部分電路

3 故障現(xiàn)象及故障原因

3.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)啟動放球軟件，軟件上的仰角顯示89.0°，方位角顯示359.9°。調(diào)節(jié)接收機(jī)仰角方位角控制按鈕，能觀察到接收機(jī)室外天線轉(zhuǎn)動，但放球軟件上的仰角和方位角數(shù)值保持不變。

3.2 維修方法

遵循由易到難、由簡到繁的原則，首先對造成此故障的原因進(jìn)行初步判斷，得出此次故障原因通常有以下6種，對照可能故障逐一進(jìn)行排查：

1)放球軟件問題；

2)接收機(jī)與天線之間的電纜接觸不良，電腦與接收機(jī)之間的線路故障；

3)LM358運(yùn)算放大器故障；

4)控制抑俯角RP16、RP17電位器故障；

5)控制方位角RP18、RP19電位器故障；

6)天線端10 k的多圈電位器故障。

3.2.1 放球軟件檢查

將GTC2接收機(jī)通訊串口線連接到探空業(yè)務(wù)主機(jī)，打開放球軟件，故障現(xiàn)象仍存在，排除軟件問題。

3.2.2 接收機(jī)與天線之間的電纜W2，電腦與接收機(jī)之間的線路故障檢查

利用萬用表歐姆檔以短接的方式對接收機(jī)X芯通信電纜進(jìn)行測量，未發(fā)現(xiàn)電纜出現(xiàn)斷路情況，排除電纜問題。

3.2.3 LM358運(yùn)算放大器故障檢查

將仰角搖到下限位，利用三用表直流檔測量LM358的1腳，電壓為-1.2 V，調(diào)節(jié)電位器RP16使電壓為0 V，搖動天線，軟件搖到上限位，測量1腳電壓為2.1 V，調(diào)節(jié)RP17電位器，未能將電壓調(diào)到5 V，需配合調(diào)節(jié)RP16電位器才能調(diào)節(jié)，此時出現(xiàn)信號飽和現(xiàn)象，將RP16電位器調(diào)到初始位置，信號正常。搖動接收機(jī)天線仰角，天線在上下限位時，軟件角度未能顯示為0°和90.0°。采用同樣的方法將接收的天線分別搖到左右限位，用三用表分別測量LM358的5腳和7腳，其電壓分別為-1.5 V、1.5 V，調(diào)節(jié)RP18、RP19未能將電壓調(diào)至0 V、5 V，放球軟件角度有變化，但不是對應(yīng)的角度，且出現(xiàn)亂跳情況。更換LM358集成電路，故障現(xiàn)象依然存在，因此排除LM358運(yùn)算放大器故障。

3.2.4 RP16、RP17、RP18、RP19電位器故障檢查

電位器RP16、RP17、RP18、RP19的作用是通過調(diào)節(jié)LM358的1腳、3腳、5腳、7腳的電壓大小以控制仰角和方位在0°～90°、0°～360°顯示。在電壓的調(diào)節(jié)過程中，出現(xiàn)電位器調(diào)節(jié)至極限，而電壓未發(fā)生變化的情況。文章考慮4個電位器同時損壞的可能性很小，從線路板上拆下RP16電位器，利用萬用表歐姆檔測量其輸出電阻，輸出端電阻正常，排除了RP16、RP17、RP18、RP19故障。

3.2.5 通信電纜W2輸入，輸出電壓的測量檢查

利用三用表直流檔測量接收機(jī)5 V供電電壓正常，測量從接收機(jī)天線返回的電壓5 V無輸出，排除電纜W2的情況下，基本可以確定故障在天線部分。

3.2.6 天線10 k多圈電位器檢查

仰角、方位的角度顯示控制是通過RP16、RP17、RP18、RP19電位器調(diào)節(jié)LM358的電壓，再通過電纜輸送到天線10 k多圈電位器，然后通過多圈電位器返回至接收機(jī)主機(jī)進(jìn)行控制?；谏鲜鲈?，打開接收機(jī)天線的底座，拆下10 k多圈電位器，利用萬用表歐姆檔對其輸出腳進(jìn)行測量，其中1個腳輸出電阻為無窮，判斷其內(nèi)部開路。至此，判斷此次故障的原因為10 k多圈電位器故障，更換10 k多圈電位器，測量接收機(jī)電纜輸出電壓為5 V，按照3.2.3節(jié)對LM358電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，上、下、左、右限位時電壓均正常，打開放球軟件，搖動接收天線，角度顯示正常，故障排除。

4 結(jié)束語

貴州威寧探空站GTC2型L波段數(shù)據(jù)接收機(jī)自安裝至今已運(yùn)行9 a多，長時間運(yùn)行導(dǎo)致部分零部件出現(xiàn)不同程度的老化，因此在平時的工作中應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)。通過此次故障維修，總結(jié)了以下經(jīng)驗：首先要熟悉接收機(jī)的基本工作原理；其次維修過程中要理清思路，對可能造成故障的原因考慮周全，遵循從簡到繁，從易到難的維修原則，制定維修流程，避免故障擴(kuò)大化，從而達(dá)到快速維修的目的。