利用示波器维修陆用压电检波器电路板二三例

李迎华，逯金艳，赵 忠，王秀英

(中石化地球物理公司胜利分公司 山东 东营 257000)

0 引 言

LDKJ-1A型陆用压电检波器在野外施工时，随着使用时间的增加，会出现各种故障。经统计，陆用压电检波器的故障有10%是来自于电路板。我们利用示波器、信号发生器和稳压源组成了测试系统，开展了电路板的测试维修，总结了几种常见故障的测试检修方法，与同行分享。

1 陆用压电检波器简介

1.1 陆用压电检波器的组成及工作原理

LDKJ-1A型陆用压电检波器是一种有源加速度型地震检波器，其结构主要由护壳、机芯和电路板三大部分组成。

其工作原理是压电效应，即某些强电介质晶体(压电陶瓷片)受外力作用后，其分子内部产生极化现象，使其两个表面上产生数量相等、符号相反的电荷。在野外〗施工时，地震波使陆用压电检波器产生垂直位移，机芯中的质量块处于自由落体状态，压电陶瓷片受质量块惯性作用出现不同程度的形变，上片被弯曲拉伸，下片被弯曲压缩，上下片的表面产生异性电荷，机械能转换为电能[1]。微弱的输入信号经检波器中的电路板放大后传到采集站由仪器接收。

电路板主要作用是放大信号，兼具初步滤噪的作用。

1.2 电路板解剖分析

电路板分为单层、双层和多层结构。陆用压电检波器的电路板属于多层板，经过复杂的工艺技术处理制作而成，由集成电路(运放)、功率电阻、贴片电阻、贴片电容、贴片二极管、空气放电管等不同的元器件组成。通过对电路图的分析研究，电路板的一面是由集成件U1、U2和电阻、电容等组成的差分放大电路[2]，另一面是滤波、阻抗匹配和电源转换电路。电路框图如图1所示。

图1 LDKJ-1A型陆用压电检波器电路板示意框图

2 陆用压电检波器电路板的测试维修

2.1 电路板的初步测试

在测试前首先进行外观检查，进水腐蚀、雷击和元器件破损严重的电路板均按报废处理。

外观检查正常的电路板用超声波进行清洁后进行输出电阻测试。不加工作电压时电路板输出端电阻为8.8 kΩ；给电路板提供7.2 V电压时输出端电阻为5.1 kΩ。

然后测试电路板分压功能。给电路板提供7.2 V电压，正负端对地电压分别为-3.6 V和+3.6 V。

分压和输出电阻均正常的电路板进入示波器检测系统测试。

2.2 示波器检测系统及测试方法

示波器检测法是利用示波器跟踪观察信号通路的各测试点，根据波形的有无、大小和是否失真来判断故障的一种测试方法。示波器检测的特点在于直观、迅速有效，通过示波器可直接显示信号波形，也可以测量信号的瞬时值。

示波器检测系统由示波器[3]、信号发生器[4]和稳压电源组成。信号发生器的通道1和通道2给电路板的两个输入端Vin+和Vin-分别输入两个幅度相同、相位相反的正弦差分信号。经过多次实验，设置通道1的信号为幅度200 mVpp、频率80 Hz、相位180°；通道2的信号为幅度200 mVpp、频率80 Hz、相位0°。稳压电源为电路板提供7.2V直流电压。示波器的通道1和通道2分别显示信号发生器提供给电路板的两个标准信号，通道3显示电路板的输出信号，示波器检测系统连接如图2所示。通过观察示波器显示的输出信号波形形态是否正常，以及波形放大是否在正常范围内(一般是输入信号的2.4倍，±5%)来判断电路板的好坏。

图2 示波器检测系统连接示意图

2.3 示波器检测系统应用实例

2.3.1 输入波正常，输出信号有波形无放大

故障现象：如图3所示，在检测电路板的输入信号时，示波器第1通道和第2通道波形显示正常，但是电路板输出端信号第3通道没有放大。如图3所示。

图3 输出信号有波形无放大

原因判断:输出信号有波形可以判定电源部分工作正常。波形无放大可以初步判定故障出现在放大电路部分。

解决办法：检查由集成元器件U1、U2及电阻、电容等组成的差分放大电路，如图4所示。首先查看元器件R5、R1、R2、R39、R40和C1有无损坏脱焊，再查看焊盘有无脱落，最后测量各个元器件的参数数值来判别哪个元器件有故障，然后更换。集成元器件U1、U2损坏的可能性很小，但是有疑难故障难以判断的时候，可以采用替代法，即找一个正常电路板上的器件进行更换，从而确定U1、U2是否有问题。

图4 差分放大电路部分

2.3.2 输入波正常，输出信号无波形

故障现象：如图5所示，在检测电路板输入信号时，示波器第1通道和第2通道波形显示正常，但是电路板输出端第3通道没有信号。

图5 输出信号无波形

原因判断：这种故障可以判断是放大电路没有工作。

解决办法：1)先检查电源保护及电源转换电路是否正常，确保放大集成件U1和U2工作电压正常。2)检查差分放大电路是否正常(参照2.3.1)，重点检查可调节放大倍数的电阻R5阻值是否正常，有无脱焊。3)测试输出电阻是否正常为5.1 kΩ，如果不正常，检查滤波及阻抗匹配电路。整体来说就是按照信号流程梳理故障点进行测试及维修。

2.3.3 输入波正常，输出信号波形失真

故障现象：如图6所示，在检测电路板输入信号时，示波器第1通道和第2通道波形显示正常，但是电路板输出端第3通道输出波形失真。

原因判断：出现波形失真的情况一般是差分放大电路中的放大器件晶体三极管的静态工作点偏移引起的，有饱和失真和截止失真两种情况。图6是截止失真。出现这种故障主要是组成差分放大电路(图4)的电阻和电容有故障[5]导致基极电阻变化引起的。

解决办法：首先查看放大电路部分的电容是否脱焊或者因焊锡相连短路，再检查测量这部分电路中各个电阻的阻值，从而确定某一元器件损坏。

图6 输出信号波形失真

3 结束语

利用示波器检测系统，通过以上几个故障的分析及解决，使检修人员掌握了陆用压电检波器电路板各部分电路的功能及特点，便于在今后的工作中举一反三，解决可能遇到的其他故障，从而保证陆用压电检波器的正常使用。