WAV151型風向儀一次典型故障排查與思考

蔡永斌民航華東空中交通管理局氣象中心

WAV151型風向儀一次典型故障排查與思考

蔡永斌
民航華東空中交通管理局氣象中心

WAV151型風向儀是由芬蘭Vaisala公司開發生產用于測量風向的一款產品，與WAA151型風速儀組成了一套測量實時風向風速的機械風組件，以其易于維護、測量高精確性以及良好穩定性在國內機場中得到普遍應用。本文中就近期虹橋機場一次風向儀故障進行分析，從原理出發，闡釋六位格雷碼脈沖在排除該類故障中的解決思路與方法，供相關技術人員在此類問題中得到借鑒，快速恢復設備正常運行，協助航空器安全飛行。

WAV151；風向儀；格雷碼脈沖

1　引言

風向風速信息是氣象自動觀測系統（AWOS）中面向眾多用戶提供的重要跑道氣象要素之一。塔臺管制員根據風向決定機場起降端。機場上空若出現強雷暴、強對流天氣時常伴有低空風切變、微下擊暴流等災害性氣候，近地面的風向風速會劇烈變化，迫使航空器偏離航道上升或下掉，極易造成墜機事故，危害航空器的飛行安全和機場的運營秩序。作為前沿探測器的風向風速數據也是機場觀測員和管制員發現、處置惡劣天氣的重要參考依據。修復故障的設備并及時投入使用，為各類用戶提供準確的氣象風數據，顯得尤為重要。

2　風向儀結構及原理

虹橋東跑道在用風向設備是由Vaisala公司提供的型號為WAV151的風向傳感器，其原理是：紅外發光二極管和光敏三極管組裝連接在風向標軸上的編碼盤六條碼軌的兩邊，當風向標軸轉動時，就會產生六位格雷碼脈沖，脈沖由光電三極管接收，每變化5.63°，格雷碼變化一次[1]，風向數據也隨之變化一次。每一位都分別通過信號線從機身下方的連接頭（高位到低位排列）接入WT521變送器再送往地面的WT501處理。

3　典型故障過程

3.1.故障發生

2015年06月29日08:40機務員觀察到虹橋機場東跑道南頭與北頭風向值在風速值一致的情況下差別較大，南頭瞬時風向228°，十分鐘平均風向220°—245°，西南風；北頭瞬時風向128°，十分鐘平均風向112°—166°，東南風。設備監控窗口無任何告警，同一跑道兩端風向值竟相差達54°—133°，且持續較長時間。

當即對比相應點的風向歷史數據，發現當日東跑道南頭04:43瞬時風向數據由137°跳躍232°,此后十分鐘風向值基本穩定在204°—252°，同時段西跑道南頭參考風向僅由130°變至127°，十分鐘風向值穩定在110°—153°。

3.2故障處理

3.2.1故障分析

前往設備點檢查，設備電氣箱狀態燈正常，目視該點風向標指示與實際風向一致為東南風，但用維護終端連接設備采集到的風向值仍在220°附近，故障點就在設備或線路內。

觀察面板數據，發現顯示界面上異常風向值實時值和正常值與180°-360°一線形成了類似軸對稱的關系，更為巧合的是兩個數值（如當前南頭228°和北頭128°兩個風向值）相加356°接近360°。

3.2.2理論推導與模擬故障

本型號傳感器方向與六位格雷碼脈沖對應關系如表1。[1]

查詢表1得知228°對應格雷碼111100,128°對應格雷碼011100。

根據格雷碼與十進制轉換公式：[2]

其中為格雷碼第i位，表示前1的個數。

=40,=23;兩數之和為63

進一步查閱資料后知道，將格雷碼最高位取反可得到格雷碼的反碼，格雷碼與其反碼之和即為該n位格雷碼二進制計數器的最大計數（0～）。[2]已知在風向傳感器采樣中由6位格雷碼脈沖產生的64組數據來代表360度，每變化5.63°（360/2^6）格雷碼變化一次，聯系到上述的猜測，兩個風向數值，正常測量值+異常測量值= 356°，相對應的兩個格雷碼十進制和即為=63。

通過對實際數據和表中相對應格雷碼的比對，對應正常值格雷碼與異常值格雷碼互為反碼，差別僅在第六位格雷互異。通過搭建模擬平臺，模擬了18L點的數據，用高電位接入WT501上最高位35號管腳使其置1，在維護終端上顯示的數值果然和36R的異常數據基本一致。由此確認本次故障可能由傳感器最高位信號線置1引起。

3.2.3故障排除

更換信號線前仍更換新的風向儀隨機測試幾個值，其中0°顯示為354°；90°顯示為264°，而128°仍顯示為228°，證明原設備是好的。換回原來的風向儀，找到備份信號線，替換下原來異常的信號線。恢復供電，手動調節各風向也均顯示正常，與其他點的風向數據保持了一致，故障解決。

4　故障總結

本故障是由于在風向儀格雷碼最高位的信號線被置為高電位1引發的數據異常，若是當時風向在180°—354°，其格雷碼最高位信號線本身為1，出現故障也會被忽略，對及時發現故障造成影響。

風向數據異常可能是設備本身也可能是在信號線上，通過本次故障分析，利用格雷碼表比較正常值和異常值的格雷碼可以快速定位是哪一個管腳上發生了問題（常置高電位1或置低電位0），這都能對故障修復提供思路。本次故障之前一般只會認為風向儀或者WT501變送器有故障，很少會碰到信號線引起的故障，這也給以后的相關故障排查提供了借鑒。

5　結論

風向數據是機場氣象自觀系統中一個不可或缺的組成部分，任何故障的排查都要遵循科學的方式進行，利用產品自身的原理去推導可能的原因往往事半功倍，這需要我們機務人員，熟悉各產品的構造原理，更好地維護設備狀態，保障機場運行安全。

[1]VAISALA.Wind Vane WAV151 USER′S GUIDE M210294en-A，April，2002

[2]李正生，馬文彥，閆杰.格雷碼的反碼、補碼與帶符號格雷碼的補碼[J].微電子學與計算機，2013 05 Vol.30 No.5.