WAV151型风向仪一次典型故障排查与思考

2016-08-16蔡永斌民航华东空中交通管理局气象中心

科学中国人 2016年21期

蔡永斌民航华东空中交通管理局气象中心

蔡永斌
民航华东空中交通管理局气象中心

WAV151型风向仪是由芬兰Vaisala公司开发生产用于测量风向的一款产品，与WAA151型风速仪组成了一套测量实时风向风速的机械风组件，以其易于维护、测量高精确性以及良好稳定性在国内机场中得到普遍应用。本文中就近期虹桥机场一次风向仪故障进行分析，从原理出发，阐释六位格雷码脉冲在排除该类故障中的解决思路与方法，供相关技术人员在此类问题中得到借鉴，快速恢复设备正常运行，协助航空器安全飞行。

WAV151；风向仪；格雷码脉冲

1　引言

风向风速信息是气象自动观测系统（AWOS）中面向众多用户提供的重要跑道气象要素之一。塔台管制员根据风向决定机场起降端。机场上空若出现强雷暴、强对流天气时常伴有低空风切变、微下击暴流等灾害性气候，近地面的风向风速会剧烈变化，迫使航空器偏离航道上升或下掉，极易造成坠机事故，危害航空器的飞行安全和机场的运营秩序。作为前沿探测器的风向风速数据也是机场观测员和管制员发现、处置恶劣天气的重要参考依据。修复故障的设备并及时投入使用，为各类用户提供准确的气象风数据，显得尤为重要。

2　风向仪结构及原理

虹桥东跑道在用风向设备是由Vaisala公司提供的型号为WAV151的风向传感器，其原理是：红外发光二极管和光敏三极管组装连接在风向标轴上的编码盘六条码轨的两边，当风向标轴转动时，就会产生六位格雷码脉冲，脉冲由光电三极管接收，每变化5.63°，格雷码变化一次[1]，风向数据也随之变化一次。每一位都分别通过信号线从机身下方的连接头（高位到低位排列）接入WT521变送器再送往地面的WT501处理。

3　典型故障过程

3.1.故障发生

2015年06月29日08:40机务员观察到虹桥机场东跑道南头与北头风向值在风速值一致的情况下差别较大，南头瞬时风向228°，十分钟平均风向220°—245°，西南风；北头瞬时风向128°，十分钟平均风向112°—166°，东南风。设备监控窗口无任何告警，同一跑道两端风向值竟相差达54°—133°，且持续较长时间。

当即对比相应点的风向历史数据，发现当日东跑道南头04:43瞬时风向数据由137°跳跃232°,此后十分钟风向值基本稳定在204°—252°，同时段西跑道南头参考风向仅由130°变至127°，十分钟风向值稳定在110°—153°。

3.2故障处理

3.2.1故障分析

前往设备点检查，设备电气箱状态灯正常，目视该点风向标指示与实际风向一致为东南风，但用维护终端连接设备采集到的风向值仍在220°附近，故障点就在设备或线路内。

观察面板数据，发现显示界面上异常风向值实时值和正常值与180°-360°一线形成了类似轴对称的关系，更为巧合的是两个数值（如当前南头228°和北头128°两个风向值）相加356°接近360°。

3.2.2理论推导与模拟故障

本型号传感器方向与六位格雷码脉冲对应关系如表1。[1]

查询表1得知228°对应格雷码111100,128°对应格雷码011100。

根据格雷码与十进制转换公式：[2]

其中为格雷码第i位，表示前1的个数。

=40,=23;两数之和为63

进一步查阅资料后知道，将格雷码最高位取反可得到格雷码的反码，格雷码与其反码之和即为该n位格雷码二进制计数器的最大计数（0～）。[2]已知在风向传感器采样中由6位格雷码脉冲产生的64组数据来代表360度，每变化5.63°（360/2^6）格雷码变化一次，联系到上述的猜测，两个风向数值，正常测量值+异常测量值= 356°，相对应的两个格雷码十进制和即为=63。

通过对实际数据和表中相对应格雷码的比对，对应正常值格雷码与异常值格雷码互为反码，差别仅在第六位格雷互异。通过搭建模拟平台，模拟了18L点的数据，用高电位接入WT501上最高位35号管脚使其置1，在维护终端上显示的数值果然和36R的异常数据基本一致。由此确认本次故障可能由传感器最高位信号线置1引起。

3.2.3故障排除

更换信号线前仍更换新的风向仪随机测试几个值，其中0°显示为354°；90°显示为264°，而128°仍显示为228°，证明原设备是好的。换回原来的风向仪，找到备份信号线，替换下原来异常的信号线。恢复供电，手动调节各风向也均显示正常，与其他点的风向数据保持了一致，故障解决。

4　故障总结

本故障是由于在风向仪格雷码最高位的信号线被置为高电位1引发的数据异常，若是当时风向在180°—354°，其格雷码最高位信号线本身为1，出现故障也会被忽略，对及时发现故障造成影响。

风向数据异常可能是设备本身也可能是在信号线上，通过本次故障分析，利用格雷码表比较正常值和异常值的格雷码可以快速定位是哪一个管脚上发生了问题（常置高电位1或置低电位0），这都能对故障修复提供思路。本次故障之前一般只会认为风向仪或者WT501变送器有故障，很少会碰到信号线引起的故障，这也给以后的相关故障排查提供了借鉴。