某型整體組件上電不復位故障分析及排除

馬平野

摘要：介紹了某型整體組件上電復位的原理、過程及相關分部件的功能，詳細分析了某臺整體組件上電不復位故障的原因，闡述其修理過程，并對整體組件上電不復位這一典型故障進行總結。

關鍵詞：光電雷達；開機不復位；光學—機械組件

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—機械組件、制冷系統和激光測距器組成，其中光學—機械組件包括掃描機構、物鏡、放大器、整流罩、角度傳感器及其邏輯組件、電機控制組件等。該型整體組件上電后，掃描反射鏡應自動回復零位，代表整體組件中的電子部件、光學—機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不能自動回復零位。產生這一故障的原因是多種多樣的，但多發生于光學—機械組件。本文結合一臺產品的修理過程，對該組件引起的此類故障進行歸納分析。

1 整體組件工作原理

1.1 復位工作原理

整體組件上電后，自動執行存儲于電子部件只讀存儲器中的復位程序，掃描機構在電子部件的控制下自動回到方位、俯仰坐標零位。這是一個閉環負反饋自動控制系統，控制方塊圖如圖1所示。

1.2 復位工作過程

復位工作過程經過以下6個步驟：

1）電子部件開機約120ms后，內部信息處理裝置自動執行計算機自檢程序，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、算術運算部件的自檢等功能。

2）電子部件自檢后，將發送3組同步信號和節拍脈沖到光學—機械組件的方位、俯仰、傾斜角度傳感器，使這3個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前位置實時角度的格雷碼送入電子部件，電子部件進行格雷碼到二進制碼、串行碼到并行碼的轉換，同時在相應寄存器允許信號的控制下通過內部總線進入信息處理裝置。

4）信息處理裝置進行目標指示角度為零的計算程序，將方位、俯仰、傾斜3個通道的傳動機構控制碼通過內部總線輸出，其中方位、俯仰通道控制碼為8位二進制碼，進入系統動態特性校正環節，按照一定的參數對系統動態特性進行校正使之達到最優。

5）校正后的二進制碼進入傳動機構電機數字控制信號脈寬調節電路，進行調寬碼計算。

6）計算好的調寬碼輸入整體組件傳動機構各個電機的電流形成器，控制電機驅動掃描機構回到零位。

2 故障相關組件及其功能

2.1 電子部件

電子部件是整體組件與其上位機進行信息交換和控制整體組件工作狀態的核心處理部件。電子部件能夠實現整體組件與其上位機之間的信息交換，形成控制掃描機構的工作信號，處理來自上位機和光學—機械組件的信息，控制激光測距器的工作狀態，實施整體組件的自檢。

2.2 傾斜角度傳感器

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

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14位的位置變換器，用于發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，并根據信號狀況，向發射器輸送節拍脈沖的順序，產品的節拍脈沖和探測脈沖都輸入邏輯組件，而關于產品軸的角位置的信息是按這兩個通道從邏輯組件向前輸送的。邏輯組件還用于產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多層板和一個裝有全部邏輯元件的印刷電路板制成。節拍脈沖和探測脈沖從電子部件進入邏輯組件，而關于整體組件軸角位置的信息是從邏輯組件沿兩個高位字節的通道向前發送。邏輯組件用來提供產品工作時所需的十進制算法以及實現與電子部件交聯。

2.6 ДМ-10電機

共有三個ДМ-10直流力矩電機，兩個固定在掃描機構殼體上，傳動比為0.2，用于保證掃描反射鏡搜索場方位方向上的運轉；一個安裝在掃描鏡旋轉軸上，傳動比為0.2，用于保證掃描反射鏡搜索場在俯仰方向上的運轉。

2.7 ШДА-3電機

共有兩個ШДА-3電機，一個為傾斜步進電動機，傳動比為1/89，用來控制光電探測器的轉動；另一個為光圈步進電動機，傳動比為1/56，用來控制光圈機構葉片的散開與收縮。

2.8 步進電機ШД控制組件

步進電機ШД控制組件用于形成步進電動機4個相位上的控制脈沖，步進電動機保證光電探測裝置傾斜方向的轉動和光圈的旋轉。ШД板的電路由兩個相同的控制通道構成：傾斜上的（М）和光圈控制上的（Д）。每個通道的控制電路形成控制步進電動機4個相位的正向、反向配電脈沖，當從正向配電轉換到反向配電時，發生步進電機的倒轉。

2.9 電流形成器

電流形成器是一個橋式功率放大器，其用途是將寬脈沖調制信號轉換成控制直流力矩電機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，寬脈沖調制信號相對于u=5V以負脈沖形式輸入形成器的兩個輸入端之一。寬脈沖調制信號兩個輸入端的存在決定了形成器輸出電流的兩個方向，即直流力矩電機轉動的兩個方向。

3 故障原因

同樣是不復位，細節現象不同，故障引發原因多有不同。整體組件上電不復位分為以下兩種情況。

1）上電后掃描鏡靜止不動

這種情況發生的原因多為電流形成器故障、步進電機ШД控制組件故障，導致無法供電，相對應的電機無法工作。

2）上電后掃描鏡亂動，傾斜、光圈卡滯異響亂動

這種情況發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，導致電機無規則運動。

4 故障檢查與排除

某臺整體組件的故障現象為上電后傾斜機構轉動異常。通過串件檢測的方法很容易將故障點定位在步進電機ШД控制組件。

4.1 電路原理

根據電路原理圖可知，電機ШД控制組件分為傾斜、光圈兩部分，且兩部分相同。本次故障為傾斜機構轉動異常，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觸發器、三極管陣列等構成；后部分主要為功率放大部分（見圖3），主要由大功率三極管、二極管等構成。

4.2 故障檢查

首先對邏輯處理部分進行檢查。使用直流穩壓電源，一路5V接入電機ШД控制組件Ш41插頭的13針，對應5V的地接入Ш41插頭的20針，使用信號發生器產生頻率125Hz、2.5V的信號，接入Ш41插頭的15針，對應的地接入Ш41插頭的16針。使用示波器對У9芯片（四2輸入與非門）、У8芯片（雙J-K觸發器）、У10（雙與或非門）進行測量，邏輯關系正常。繼續測量У11、У12（四2輸入與非門），輸入信號均正常。測量У11的輸出信號時的參考信號和采集信號如表1、表2所示，從中可見У11芯片（型號 134ЛВ1А）的8路前級輸入信號正常，但4路輸出只有1路有信號，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134ЛВ1А）為四2輸入與非門，共有8路輸入、4路輸出。若輸出只有1路，將使后級電路無法正常工作，無法產生控制步進電機運轉的4個相位上的控制脈沖，傾斜無法復位，導致整體組件上電不復位。故障的134ЛВ1А芯片為1990年生產，至今已經使用27年，因此判斷為內部電路老化失效，屬于偶發故障。

4.4 故障排除

領用新的134ЛВ1А芯片進行更換，恢復步進電機ШД控制組件并裝入整體組件，重新用檢測設備進行通電檢查，整體組件上電后能夠復位，性能合格，故障排除。

5 維護建議

整體組件上電不復位是一種最常見的故障，但原因卻是非常多樣的。現在的產品多數已使用20年以上，芯片老化、機械器件磨損現象比較普遍，排故時不必按照原理分析時列出的工作過程查找，應先進行分部件故障定位。同時，也應注意到一些非原理性的細節，如某臺不復位的故障件的故障點是其在電子部件與整體組件之間的插針彎折。排故時應遵循由簡入難的原則，先確認所有連接關系部分是否有效，以便少走彎路。

參考文獻

[1]31Е光電瞄準系統技術使用指南[Z].第2冊.

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

[3]蔣立平，等. 數字邏輯電路與系統設計[M].北京：電子工業出版社，2012.