CINRAD/CD型多普勒天氣雷達發射和伺服系統常見故障分析

程 飛 段 勇

(1.中國氣象局，北京 100081;2.青海省大氣探測技術保障中心，青海 西寧 810001)

1 引言

CINRAD/CD 型多普勒天氣雷達是我國自行研制的C 波段全相干多普勒天氣雷達，可以實現對臺風、暴雨、冰雹、龍卷風等災害性天氣的有效監測和預警，對大范圍降水進行定量測量，監測惡劣天氣帶來的風災和獲取降水區中風場信息等功能。因此，保障天氣雷達穩定正常運行對防御和減輕氣象災害、保證人民群眾正常生產生活有十分重要的意義。

準確排查和檢修故障是天氣雷達保障的主要內容之一。CINRAD/CD 型多普勒天氣雷達主要由天線罩、天線系統、饋線系統、發射系統、接收系統、伺服系統、監控系統、信號處理和終端顯示系統等部分組成。本文主要就雷達發射系統和伺服系統的幾種常見故障進行分析，并結合有關電原理圖，指出故障的排查方法、可能的原因和解決辦法。

2 發射系統常見故障分析

2.1 開關電源Ⅱ嚴重發熱故障分析

由于開關電源Ⅱ的工作頻率較高，高頻尖峰成分引起的沖激較大，因此在開關電源Ⅱ中有一RC 吸收電路(如圖1 所示，R5、R6、R7、C5 組成的吸收電路)實現對開關電源的保護作用。當開關電源Ⅱ出現發熱嚴重的故障時，很有可能是RC 吸收電路出現故障。應首先檢查RC 電路，如電阻燒變形或者電容被擊穿，要及時更換損壞的電阻、電容。

圖1 開關電源Ⅱ的部分電原理圖

2.2 無觸發輸出故障分析

無觸發輸出故障主要有4 種情況:無輸入;有輸入，但只有一路有輸出;有輸入，兩路都無輸出，200V 電源指示燈亮;有輸入，兩路都無輸出，200V 電源指示燈滅。

(1)當無輸入時，應當檢查外電路。

(2)當有輸入，但只有一路輸出時，應當通過檢查無輸出通道上各點的波形是否正常來判斷哪些器件故障。應重點檢查該條通道上的三極管(如圖2 中所示的V3 或者V7)。

(3)當有輸入，兩路無輸出，200V 電源指示燈亮時，表明此時有+200V 輸入。應當通過檢查觸發產生器中V2 和V6(如圖2 中所示)至輸入端部分電路中各點的波形來判斷哪些器件故障。

(4)當有輸入，兩路無輸出，200V 電源指示燈滅時，表明此時沒有+200V 輸入。這時可能會有兩種情況。一是當無禁止脈沖輸出時，預調器自動切斷200～230V 的直流電源，造成沒有+200V 輸入;二是當有禁止脈沖輸出時，應當檢查預調器中電阻R1 和二極管VD1(如圖3 所示)上的電壓，很有可能由于VD1 損壞導致短路，從而造成沒有+200V 輸入。

2.3 頻繁報脈沖過流故障分析

出現這種故障很可能是由于兩路調制器的波形存在差異。產生該故障主要有4 種原因:調制器中的IGBT 模塊損壞;觸發產生器上只產生一路觸發信號，導致其脈沖電流值過大;觸發產生器上產生兩路觸發信號，但是某路的脈沖寬度過寬，導致兩路脈沖電流寬度差異過大;調制器中觸發分配網絡上有電位器損壞。因此，對于該故障應按照如下步驟進行故障排查:

(1)檢查兩路調制器中的IGBT 模塊是否損壞。在兩路調制器分機上，分別測量C1 和E1 之間的正向電阻值、負向電阻值以及C2 和E2 之間的正向電阻值、負向電阻值(C1、E1、C2、E2 四個點如圖4 所示)。如果上述測量值相比正常值很小，表明IGBT 模塊損壞，應及時更換。如果兩路IGBT 模塊均正常，進行第二步檢查。

圖4 IGBT 模塊內部接線示意圖

(2)檢查觸發脈沖信號。若只輸出一路觸發信號，此時可能由于晶體管V3 或V7(如2 所示)損壞，使得脈沖不能通過它們去開通V5 或V9(如圖2 所示)，造成一路無輸出，導致另一路脈沖電流超出設定值而報故障。若輸出兩路觸發信號，但是某路信號的脈沖寬度過寬，此時可能由于晶體管V4 或V8(如圖2 所示)損壞，使得它們不能迅速放掉響應IGBT 柵極電容的電荷，造成一路觸發脈沖寬度過大，導致兩路脈寬差異超出設定值而報故障。若輸出兩路觸發信號，且波形基本相似，此時可能由于調制器中有電位器損壞，使得每路調制器中IGBT 觸發不一致。用示波器檢查哪組觸發的電位器損壞，更換并重新調整電位器，使R1、R5、R9、R13 兩端電阻在3.5Ω 左右，R2、R6、R10、R14 兩端電阻在6.5Ω 左右(R1、R5、R9、R13、R2、R6、R10、R14 八個點如圖5 所示)。

圖5 固態調制器的部分電原理圖

3 伺服系統常見故障分析

3.1 方位驅動電壓正常而俯仰驅動電壓為零的故障分析

出現這種故障時，應按照如下步驟進行故障排查:

(1)檢查俯仰驅動分機的保險絲是否正常。若保險絲斷應更換保險絲;若保險絲正常，進行第二步檢查。

(2)分別檢查方位和驅動分機的220V 輸入是否正常。由于方位和俯仰驅動的220V 輸入均由伺服分機的電源總開關分兩路送出，若方位驅動輸入正常而俯仰驅動輸入為零，則可能為伺服分機電源總開關SA1 或俯仰開關SA3 損壞(如圖6所示)，應更換損壞開關。若方位和驅動輸入均正常，應檢查俯仰驅動分機中控制器的觸發是否正常。

圖6 伺服分機的部分電原理圖

3.2 方位/俯仰誤差輸出故障分析

方位/俯仰誤差輸出故障大致有3 種情況:方位/俯仰誤差無輸出;方位/俯仰誤差輸入有正有負，但伺服放大器輸出只有正電壓;方位/俯仰誤差輸入有正有負，但伺服放大器輸出只有負電壓。

(1)當方位/俯仰誤差無輸出時。應首先檢查方位/俯仰伺服放大器中的運算放大器LM124(如圖7 所示)是否正常，若LM124 損壞應更換。再檢查LM124 的±15V 工作電壓是否正常，若±15V 保險絲斷應更換。

(2)當方位/俯仰誤差輸入有正有負，但伺服放大器輸出只有正電壓時。由于方位/俯仰伺服放大器輸出端附近有兩個二極管VD7 和VD8 可分別實現放大后正電壓和負電壓的輸出，應檢查二極管VD8(如圖7 所示)是否損壞以及K3(如圖7 所示)的常閉觸點是否接觸良好。另外，對俯仰誤差輸出來說，應檢查俯仰伺服放大器中-2°繼電器保護后是否斷開、是否損壞。

(3)當方位/俯仰誤差輸入有正有負，但伺服放大器輸出只有負電壓時。應檢查二極管VD7(如圖7 所示)是否損壞以及K4(如圖7 所示)的常閉觸點是否接觸良好。另外，對俯仰誤差輸出來說，應檢查俯仰伺服放大器中+90°繼電器保護后是否斷開和是否損壞。

圖7 伺服放大器的部分電原理圖

3.3 方位/俯仰誤差無輸入但天線自轉的故障分析出現這種故障可能有兩種原因:

(1)由于方位/俯仰伺服放大器中的調零電位器RP3(如圖7 所示)接觸不良，導致方位/俯仰誤差輸出不為零。應更換電位器RP3。

(2)由于脈寬調制器產生的脈沖方波不一致，使得電機產生正反兩個方向的力不一致，動態潤滑作用失效，導致沒有方位/俯仰誤差輸入時天線仍然自轉。應檢查脈寬調制器中的電位器RP3 和RP4(如圖8 所示)是否接觸不良。若接觸不良，應更換并重新調節電位器RP3 和RP4，使脈寬調制器產生的脈沖方波完全一致。

圖8 脈寬調制器的部分電原理圖

4 總結

本文分析了CINRAD/CD 型多普勒天氣雷達發射和伺服系統的幾種常見故障。由于多普勒天氣雷達整體規模龐大，內部結構復雜，因此有可能導致故障產生的原因很多，本文結合有關器件的電原理圖，針對幾種常見故障最有可能的原因進行了分析。在今后的工作中還需繼續總結，對雷達故障的排查方法和產生原因作進一步的分析和研究。

［1］王軍等.雷達手冊［M］.電子工業出版社.2003.3

［2］余小鼎等.多普勒天氣雷達原理與業務應用［M］.氣象出版社.2007.1

［3］國營第七八四廠.714CDN 型天氣雷達技術說明書.

［4］潘新民等.CINRAD/SB 伺服系統線路設計特點和維修方法［J］.氣象.2010.10

［5］劉小東等.新一代天氣雷達檢修的技術與方法［J］.氣象科技.2006年S1期