CINRAD/CD型多普勒天气雷达发射和伺服系统常见故障分析

程 飞 段 勇

(1.中国气象局，北京 100081;2.青海省大气探测技术保障中心，青海 西宁 810001)

1 引言

CINRAD/CD 型多普勒天气雷达是我国自行研制的C 波段全相干多普勒天气雷达，可以实现对台风、暴雨、冰雹、龙卷风等灾害性天气的有效监测和预警，对大范围降水进行定量测量，监测恶劣天气带来的风灾和获取降水区中风场信息等功能。因此，保障天气雷达稳定正常运行对防御和减轻气象灾害、保证人民群众正常生产生活有十分重要的意义。

准确排查和检修故障是天气雷达保障的主要内容之一。CINRAD/CD 型多普勒天气雷达主要由天线罩、天线系统、馈线系统、发射系统、接收系统、伺服系统、监控系统、信号处理和终端显示系统等部分组成。本文主要就雷达发射系统和伺服系统的几种常见故障进行分析，并结合有关电原理图，指出故障的排查方法、可能的原因和解决办法。

2 发射系统常见故障分析

2.1 开关电源Ⅱ严重发热故障分析

由于开关电源Ⅱ的工作频率较高，高频尖峰成分引起的冲激较大，因此在开关电源Ⅱ中有一RC 吸收电路(如图1 所示，R5、R6、R7、C5 组成的吸收电路)实现对开关电源的保护作用。当开关电源Ⅱ出现发热严重的故障时，很有可能是RC 吸收电路出现故障。应首先检查RC 电路，如电阻烧变形或者电容被击穿，要及时更换损坏的电阻、电容。

图1 开关电源Ⅱ的部分电原理图

2.2 无触发输出故障分析

无触发输出故障主要有4 种情况:无输入;有输入，但只有一路有输出;有输入，两路都无输出，200V 电源指示灯亮;有输入，两路都无输出，200V 电源指示灯灭。

(1)当无输入时，应当检查外电路。

(2)当有输入，但只有一路输出时，应当通过检查无输出通道上各点的波形是否正常来判断哪些器件故障。应重点检查该条通道上的三极管(如图2 中所示的V3 或者V7)。

(3)当有输入，两路无输出，200V 电源指示灯亮时，表明此时有+200V 输入。应当通过检查触发产生器中V2 和V6(如图2 中所示)至输入端部分电路中各点的波形来判断哪些器件故障。

(4)当有输入，两路无输出，200V 电源指示灯灭时，表明此时没有+200V 输入。这时可能会有两种情况。一是当无禁止脉冲输出时，预调器自动切断200～230V 的直流电源，造成没有+200V 输入;二是当有禁止脉冲输出时，应当检查预调器中电阻R1 和二极管VD1(如图3 所示)上的电压，很有可能由于VD1 损坏导致短路，从而造成没有+200V 输入。

2.3 频繁报脉冲过流故障分析

出现这种故障很可能是由于两路调制器的波形存在差异。产生该故障主要有4 种原因:调制器中的IGBT 模块损坏;触发产生器上只产生一路触发信号，导致其脉冲电流值过大;触发产生器上产生两路触发信号，但是某路的脉冲宽度过宽，导致两路脉冲电流宽度差异过大;调制器中触发分配网络上有电位器损坏。因此，对于该故障应按照如下步骤进行故障排查:

(1)检查两路调制器中的IGBT 模块是否损坏。在两路调制器分机上，分别测量C1 和E1 之间的正向电阻值、负向电阻值以及C2 和E2 之间的正向电阻值、负向电阻值(C1、E1、C2、E2 四个点如图4 所示)。如果上述测量值相比正常值很小，表明IGBT 模块损坏，应及时更换。如果两路IGBT 模块均正常，进行第二步检查。

图4 IGBT 模块内部接线示意图

(2)检查触发脉冲信号。若只输出一路触发信号，此时可能由于晶体管V3 或V7(如2 所示)损坏，使得脉冲不能通过它们去开通V5 或V9(如图2 所示)，造成一路无输出，导致另一路脉冲电流超出设定值而报故障。若输出两路触发信号，但是某路信号的脉冲宽度过宽，此时可能由于晶体管V4 或V8(如图2 所示)损坏，使得它们不能迅速放掉响应IGBT 栅极电容的电荷，造成一路触发脉冲宽度过大，导致两路脉宽差异超出设定值而报故障。若输出两路触发信号，且波形基本相似，此时可能由于调制器中有电位器损坏，使得每路调制器中IGBT 触发不一致。用示波器检查哪组触发的电位器损坏，更换并重新调整电位器，使R1、R5、R9、R13 两端电阻在3.5Ω 左右，R2、R6、R10、R14 两端电阻在6.5Ω 左右(R1、R5、R9、R13、R2、R6、R10、R14 八个点如图5 所示)。

图5 固态调制器的部分电原理图

3 伺服系统常见故障分析

3.1 方位驱动电压正常而俯仰驱动电压为零的故障分析

出现这种故障时，应按照如下步骤进行故障排查:

(1)检查俯仰驱动分机的保险丝是否正常。若保险丝断应更换保险丝;若保险丝正常，进行第二步检查。

(2)分别检查方位和驱动分机的220V 输入是否正常。由于方位和俯仰驱动的220V 输入均由伺服分机的电源总开关分两路送出，若方位驱动输入正常而俯仰驱动输入为零，则可能为伺服分机电源总开关SA1 或俯仰开关SA3 损坏(如图6所示)，应更换损坏开关。若方位和驱动输入均正常，应检查俯仰驱动分机中控制器的触发是否正常。

图6 伺服分机的部分电原理图

3.2 方位/俯仰误差输出故障分析

方位/俯仰误差输出故障大致有3 种情况:方位/俯仰误差无输出;方位/俯仰误差输入有正有负，但伺服放大器输出只有正电压;方位/俯仰误差输入有正有负，但伺服放大器输出只有负电压。

(1)当方位/俯仰误差无输出时。应首先检查方位/俯仰伺服放大器中的运算放大器LM124(如图7 所示)是否正常，若LM124 损坏应更换。再检查LM124 的±15V 工作电压是否正常，若±15V 保险丝断应更换。

(2)当方位/俯仰误差输入有正有负，但伺服放大器输出只有正电压时。由于方位/俯仰伺服放大器输出端附近有两个二极管VD7 和VD8 可分别实现放大后正电压和负电压的输出，应检查二极管VD8(如图7 所示)是否损坏以及K3(如图7 所示)的常闭触点是否接触良好。另外，对俯仰误差输出来说，应检查俯仰伺服放大器中-2°继电器保护后是否断开、是否损坏。

(3)当方位/俯仰误差输入有正有负，但伺服放大器输出只有负电压时。应检查二极管VD7(如图7 所示)是否损坏以及K4(如图7 所示)的常闭触点是否接触良好。另外，对俯仰误差输出来说，应检查俯仰伺服放大器中+90°继电器保护后是否断开和是否损坏。

图7 伺服放大器的部分电原理图

3.3 方位/俯仰误差无输入但天线自转的故障分析出现这种故障可能有两种原因:

(1)由于方位/俯仰伺服放大器中的调零电位器RP3(如图7 所示)接触不良，导致方位/俯仰误差输出不为零。应更换电位器RP3。

(2)由于脉宽调制器产生的脉冲方波不一致，使得电机产生正反两个方向的力不一致，动态润滑作用失效，导致没有方位/俯仰误差输入时天线仍然自转。应检查脉宽调制器中的电位器RP3 和RP4(如图8 所示)是否接触不良。若接触不良，应更换并重新调节电位器RP3 和RP4，使脉宽调制器产生的脉冲方波完全一致。

图8 脉宽调制器的部分电原理图

4 总结

本文分析了CINRAD/CD 型多普勒天气雷达发射和伺服系统的几种常见故障。由于多普勒天气雷达整体规模庞大，内部结构复杂，因此有可能导致故障产生的原因很多，本文结合有关器件的电原理图，针对几种常见故障最有可能的原因进行了分析。在今后的工作中还需继续总结，对雷达故障的排查方法和产生原因作进一步的分析和研究。

［1］王军等.雷达手册［M］.电子工业出版社.2003.3

［2］余小鼎等.多普勒天气雷达原理与业务应用［M］.气象出版社.2007.1

［3］国营第七八四厂.714CDN 型天气雷达技术说明书.

［4］潘新民等.CINRAD/SB 伺服系统线路设计特点和维修方法［J］.气象.2010.10

［5］刘小东等.新一代天气雷达检修的技术与方法［J］.气象科技.2006年S1期