高麗

（迪慶香格里拉機(jī)場 云南迪慶 674400）

多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的故障及處理技術(shù)

高麗

（迪慶香格里拉機(jī)場 云南迪慶 674400）

作為監(jiān)測和預(yù)防天氣現(xiàn)象的主要手段之一，多普勒氣象雷達(dá)獲得的廣泛的運(yùn)用。由于氣象發(fā)射系統(tǒng)長期處于高電壓、高電流、大功率的運(yùn)行環(huán)境下，其出現(xiàn)故障的概率相對較高。雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)故障的發(fā)生，就會影響整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。據(jù)此，本文對多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決處理方法。

多普勒氣象雷達(dá)；發(fā)射系統(tǒng)故障；處理技術(shù)

氣候現(xiàn)象與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，提高對暴雨、臺風(fēng)、霧霾等惡劣天氣現(xiàn)象的有效監(jiān)控和預(yù)警具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。天氣雷達(dá)作為氣象監(jiān)測最重要的手段之一，不管是在對日常生活生產(chǎn)的氣候預(yù)報(bào)上，還是對于突發(fā)性、災(zāi)害性氣候現(xiàn)象的監(jiān)控預(yù)警上都發(fā)揮了卓有成效的作用。我國幅員遼闊，地域?qū)拸V，具有復(fù)雜多變的氣候條件，大量降水引發(fā)的洪水災(zāi)害、干旱、環(huán)境污染產(chǎn)生的霧霾等天氣現(xiàn)象，對人們的生存生活都帶來了極大的困擾，有效的監(jiān)控預(yù)警可以為人們的身體健康和生活生產(chǎn)帶來很大的便利，氣象雷達(dá)在我國工農(nóng)業(yè)、軍事、科技等各個(gè)領(lǐng)域等得到了廣泛的應(yīng)用。

多普勒氣象雷達(dá)不僅能探測出氣象目標(biāo)的位置分布，還可以探測出其強(qiáng)度大小情況，對氣象目標(biāo)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況也能得到一個(gè)清晰的探測結(jié)果。它通過向氣象目標(biāo)發(fā)射電磁波，接受被氣象目標(biāo)反射回來的電磁波信號（回波信號），演算出氣象回?fù)苤邪母鞣N數(shù)據(jù)，如目標(biāo)距離，運(yùn)動方向，湍流速度等，依據(jù)這些數(shù)據(jù)對氣象目標(biāo)的各種切變可能進(jìn)行估算，或者推測湍流的各種變化情況，為準(zhǔn)備預(yù)報(bào)天氣提供準(zhǔn)確、可靠、有效的數(shù)據(jù)支撐。

1 多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)

1.1 組成構(gòu)件

多普勒雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的組成配件有：發(fā)射配電電路，發(fā)射監(jiān)控分機(jī)，固態(tài)調(diào)制器（包含脈沖變壓器），固態(tài)放大器，速調(diào)管功率放大器（包含脈沖旁路器），高壓電源分機(jī)，鈦泵電源分機(jī)，燈絲電源分機(jī)，磁場電源分機(jī)Ⅰ，磁場電源分機(jī)Ⅱ組成。結(jié)構(gòu)簡化示意圖如圖1。

1.2 多普勒氣象雷達(dá)的基本工作原理

（1）多普勒氣象雷達(dá)運(yùn)行過程中，發(fā)射配電電路首先會進(jìn)行電路配置，將50Hz、三相380v電源在系統(tǒng)的各個(gè)分機(jī)，各部分組件和冷卻設(shè)備中進(jìn)行分配，并且為其提供50Hz單相220V或者380V三相電源[1]；

（2）發(fā)射監(jiān)控分機(jī)負(fù)責(zé)控制雷達(dá)發(fā)射分系統(tǒng)與全機(jī)其它分系統(tǒng)在信號定時(shí)、信號同步和工作狀態(tài)控制方面的聯(lián)系。同時(shí)收集各個(gè)分機(jī)系統(tǒng)的故障信號，完成對整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)檢測，以便進(jìn)行后續(xù)操作；

（3）固態(tài)放大器會對來自于激勵源分機(jī)的0.5W射頻激勵信號進(jìn)行放大，使之滿足速調(diào)管要求的功率電平，將信號傳輸?shù)剿僬{(diào)管輸入腔；

（4）放電觸發(fā)脈沖控制固態(tài)調(diào)制器，通過脈沖變壓器向速調(diào)管的陰極提供調(diào)制脈沖；

（5）速調(diào)管是功率放大器，調(diào)制器提供的調(diào)制脈沖在速調(diào)管陰極持續(xù)的時(shí)間限度內(nèi)，將固態(tài)放大器放大后的輸入射頻激勵信號進(jìn)行有效的功率放大，向外輸出大功率電磁波，要求發(fā)射的射頻脈沖功率必須達(dá)到要在250kW以上；

（6）高壓電源分機(jī)提供固態(tài)調(diào)制器的儲能組件（PFN）充電電源；

（7）鈦泵電源分機(jī)和燈絲電源分機(jī)分別為速調(diào)管提供鈦泵電源和燈絲電源。此外，鈦泵電源還用以維持速調(diào)管的真空度；

（8）磁場分機(jī)電源Ⅰ和磁場分機(jī)電源Ⅱ分別為速調(diào)管的兩組聚焦線圈提供電流，形成強(qiáng)力徑向聚焦磁場，保證電子注在速調(diào)管工作時(shí)不會散焦。

圖1 氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)示意圖

2 氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)常見故障及故障處理方法

2.1 發(fā)射脈沖包檢波明顯變窄故障分析檢測

出現(xiàn)發(fā)射脈沖包檢波明顯變窄，那么問題可能出現(xiàn)在三個(gè)方面：①通過示波器檢查固態(tài)放大器的輸出脈沖寬度；②使用示波器接收激勵輸出脈沖，對其寬度進(jìn)行檢查；③檢測電流測試環(huán)和脈沖測試速調(diào)管調(diào)制脈沖之間的激勵信號的時(shí)序關(guān)系[2]。

2.2 常見燈絲電源故障分析檢測

燈絲電源出現(xiàn)故障的原因通常有兩個(gè)方面：①電源損壞無法輸出電流；②燈絲電源負(fù)載開路或者處于斷路狀態(tài)。

故障處理方法：①將雷達(dá)發(fā)射機(jī)電源關(guān)閉，用萬用表測量萬用變壓器三號端子和四號端子的阻值。測量出的阻值超過4Ω，說明脈沖速調(diào)管和脈沖變壓器之間接觸不良。去除速調(diào)管，對接觸點(diǎn)的高度進(jìn)行調(diào)整，直到測量出的阻值在2～4Ω之間，那么可以判斷脈沖變壓器和速調(diào)管之間的連接沒有問題。②將燈絲電源斷開，連接XSO3電纜，使用萬用表對電纜插頭3腳和4四腳進(jìn)行測量，如果阻值大于4Ω，說明有虛焊的情形存在導(dǎo)致電阻過高，如果阻值顯示為2～4Ω之間，就說明電纜之間的連接完好。

2.3 雷達(dá)可控硅風(fēng)機(jī)故障

可控硅風(fēng)機(jī)故障一般有兩種可能：①為可控硅供電的+24V電壓電源損壞；②可控硅風(fēng)機(jī)自身運(yùn)轉(zhuǎn)故障。

故障處理的方法：在停機(jī)以后，使用萬能表對可控硅供電電源進(jìn)行檢測，查看供電電源是否輸出+24V電壓，如果萬用表顯示沒有電壓輸出，說明線性電源損壞，需要更換新的供電電源；如果供電電源檢測顯示有電壓輸出，但是風(fēng)機(jī)仍然不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，說明很大的可能性是風(fēng)機(jī)損壞，需要更換風(fēng)機(jī)。

3 發(fā)射系統(tǒng)故障分析診斷實(shí)例

全相參脈沖多普勒天氣雷達(dá)，發(fā)射系統(tǒng)固態(tài)調(diào)制電路分析檢修，故障現(xiàn)象為：正常開機(jī)15min，發(fā)射監(jiān)控分機(jī)提示調(diào)制器出現(xiàn)PFN過壓故障。

3.1 故障原因分析

此故障為發(fā)射機(jī)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（PFN）過壓故障。

ADWR雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)固態(tài)調(diào)制器的組成部件：充電元件、觸發(fā)驅(qū)動電路、線性穩(wěn)壓電源、可控硅開關(guān)管、均壓電路、變壓器、、反峰電路等。它采用軟性開關(guān)可控硅開關(guān)作為放電開關(guān)控制電路，電感、電容合成人工線形成脈沖網(wǎng)絡(luò)（PFN），使速調(diào)管陰極發(fā)射大功率脈沖。

高壓電源分機(jī)充電變壓器的次級線圈繞組為PFN提供充電電源。

PFN的充放電過程為：充電觸發(fā)脈沖觸發(fā)后，功率開關(guān)軟件導(dǎo)通，充電變壓器初級線圈繞組有電流通過，對該繞組的勵磁電感充能，初、次級繞組的同名端決定了次級繞組的感應(yīng)電壓。這個(gè)時(shí)候，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)沒有被充電。當(dāng)充電變壓器初級線圈繞組電流達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)定值，電路斷開，次級線圈感應(yīng)電壓反向形成新電路，充電元件被導(dǎo)通，開始對PFN充電。來自發(fā)射監(jiān)控分機(jī)的放電觸發(fā)脈沖，經(jīng)過整形放大后加到變壓器的初級、次級感應(yīng)產(chǎn)的的放電觸發(fā)脈沖，電壓脈沖加到可控硅開關(guān)管的控制極，此時(shí)放電電路各元件導(dǎo)通，PFN開始放電，調(diào)制脈沖在脈沖變壓器次級線圈形成，并加到速調(diào)管的陰極。

3.2 故障處理

依據(jù)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)過壓故障提示和PFN的充放電全過程，可以對故障原因進(jìn)行初步判斷：SCR放電開關(guān)組件可能沒有關(guān)斷或者發(fā)生短路。對可控硅放電觸發(fā)脈沖信號是否正常進(jìn)行重點(diǎn)檢查，同時(shí)檢查串聯(lián)可控硅是否損壞。

（1）使用示波器對來自發(fā)射監(jiān)控分機(jī)的放電觸發(fā)脈沖進(jìn)行測量，測量后如果發(fā)現(xiàn)放電脈沖的幅度和寬度正常，則可以排除可控硅放電觸發(fā)脈沖信號故障的可能性；

（2）串聯(lián)可控硅開關(guān)管的損壞，也會造成PFN過壓故障的產(chǎn)生，SCR放電開關(guān)組件，是串聯(lián)由六個(gè)高頻可控硅組成，其中任何一個(gè)的損壞都會導(dǎo)致電路故障。判斷方法是：關(guān)閉發(fā)射機(jī)電源，使用萬用表對每個(gè)可控硅的正方向電阻進(jìn)行測量，或者使用數(shù)字三用表直接測量相鄰兩只散熱器之間的電阻，正常值在200～300kΩ之間。

經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)可控硅開關(guān)中的一個(gè)損壞，用同型號可控硅替換之后重新開機(jī)，雷達(dá)可以正常工作，故障成功排除。

多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的故障率由于其各部分元件運(yùn)行的工作環(huán)境條件，故障率較高，而調(diào)制器故障又是其中最重要的一類。對故障的排除維修，要求對雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的相關(guān)構(gòu)造、工作原理等成竹在胸，才能游刃有余的應(yīng)對多種突發(fā)故障。此外，對于維修的各種安全注意事項(xiàng)也應(yīng)該做到了如指掌，以保障安全維修。

[1]李勇.多普勒氣象雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)的故障及處理措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，31：287.

[2]盧小佳.多普勒天氣雷達(dá)信號處理的研究[D].安徽大學(xué)，2014.

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1004-7344（2016）04-0284-02

2016-1-20

高 麗（1985-），女，云南人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)槎嗥绽諝庀罄走_(dá)。