浦东机场机械风传感器的原理及常见故障分析

俞传龙

摘 要：航空器在飞行中的气象要素有能见度，云底高度，风向风速及气压。而在航空气象服务中，风向、风速是航空器起降过程中尤为重要的一个重要气象要素，数据的准确与否，直接影响航空器飞行安全。浦东机场在用的机械风传感器由风速传感器（WAA151）及（WAV151）组成。在浦东机场工作的7年来，我通过自己的工作经验结合实际故障对浦东机场在用的WAA151、WAV151机械风速风向传感器浅谈一些个人心得体会。

关键词：航空气象；风向风速传感器；故障分析；浦东机场

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0046-01

1 WAA151、WAV151原理解析

风向、风速传感器为机械转动式传感器，浦东机场风杆高度10米，通过测量空气流动的矢量值经过光电转换及格雷码变换经由MODEM传输至内场处理单元，经处理后传送至各工作站。

1.1 WAA151风速传感器工作原理

连接转动轴的锯齿形圆盘在光耦发光二极管与光敏三极管之间转动，锯齿形圆盘上有14个齿，每个齿代表0状态，每个切口代表1状态。当圆盘转动时，光敏三极管输出脉冲，脉冲数正比于风速。

1.2 WAV151风向传感器工作原理

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度，格雷码变化一次，风向数据也随之变化一次。风向传感器测量范围为0～360°，包含64个方位。

2 浦东机场常见故障实例分析

2.1 跑道两端风向数据相反报错故障处理

格雷码错误导致的跑道两端风向数据相反。

风向传感器主要依据风标方位及其产生的格雷码对照进行检测。6位格雷码有64个方位，检测时优先选择0°、90°、180°、270°此四个角度所对应的格雷码判断检测。检查WAV151维护手册中的格雷码对应表可知，四个典型方位与其格雷码对应关系为：

0°（360°） 000000

90° 110000

180° 101000

270° 011000

断开传感器的信号连线，仅留+12V与地线连接供电，对传感器进行格雷码检测。分别把风标转至0°、90°、180°、270°，用万用表测量断开所有信号线的电平，12V为格雷码的高电平，由1表示；0V为格雷码的低电平，由0表示。此时测量出的格雷码必须是四个方向所对应的格雷码。这样可判断传感器内格雷码盘、脉冲整形电路、稳压防护电路等是否正常。

从四个典型方向的格雷码表中可看出，在上面的检测中，三个低位码的变化尚未检测。因此，为了排除三个低位码对应的三对LED发光管和光敏管的好坏，还必须用指针式万用表进一步测量。万用表分别连接于六根信号线上测量六次，测量时随意转动风标（至少必须转动一圈以上），每根信号线上的电平都必须至少在0～12V两个点上变动一次。这样检测之后，即可判断传感器內三对LED发光管和光敏管的好坏，这样才能对风向传感器进行完全的检测和判断。

2.2 风速数据丢失短时间内自动回复

风速数据丢失是非常常见的风速传感器故障，在浦东机场主要由鸟类干扰引起。对于是否是线路（或传感器本身）故障还是由鸟类干扰引起的故障进行判断可以有一个简单的鉴别方法，内场打开Sensor Terminal，连接风数据，查看风源代码中是否在结尾有“V*”标示，若含有，一般优先判断是由鸟类干扰引起，可以通过联系驱鸟队来解决。

2.3 处理器故障导致风数据长时间DATA MISSING

由于是传感器本身故障，而风速传感器输出的信号为脉冲频率信号，应当优先检查与传感器相连的主设备箱内相关风速数据处理板电路是否正常。断开传感器，用低频信号发生器模拟风速信号输出给风速处理电路，幅度调于5～12V之间，频率为100Hz（如果对此信号吃不准，可用示波器查看）。信号发生器输出接在风速信号的输入端，处理设备上应得到10m/s的风速数据（测试终端为计算机或手持式维护终端）。并根据转换公式变换低频信号发生器的输出频率，模拟高、中、低各几组风速信号，对应测试终端的显示进行多次验证。在此推荐直接倒风杆进行处理器的更换，对故障恢复时间有明显帮助。

2.4 风向传感器卡滞故障

风向卡滞于239°导致的风向数据僵死。通过维修经验及手册分析可以得知，风向239°时7位格雷码固定为1状态，即高电平状态。此时先将传感器卸下清洁旋转口，再将传感器信号线开路，检查链接电缆，用移动终端连接，人工手动拨动风向标轴，若风数据值不出现239°，则说明风向传感器中有红外发光二极管坏死。更换风向传感器后恢复。

3 结语

在浦东II跑道MID加装机械风后，随着浦东机场III（A）运行的开始，在日常工作中，对风速风向的维护将会更加频繁。除本文所述检测方法之外，风传感器的维护维修工作还包含转动轴承的清洗或更换、指北调整、风标平衡调节、传感器的模拟器测试、防雷接线检查、（A/D）处理通信模块的维护检查等，必须在充分掌握传感器及其相关连接设备的原理、信号格式、处理方式、通信传输方式等的情况下进行系统性的维护和维修工作，为航空飞行安全提供良好的气象服务保障。

参考文献

[1]《WAA151运行手册》[K].

[2]《WAV151运行手册》[K].