浦東機場機械風傳感器的原理及常見故障分析

俞傳龍

摘 要：航空器在飛行中的氣象要素有能見度，云底高度，風向風速及氣壓。而在航空氣象服務中，風向、風速是航空器起降過程中尤為重要的一個重要氣象要素，數(shù)據(jù)的準確與否，直接影響航空器飛行安全。浦東機場在用的機械風傳感器由風速傳感器（WAA151）及（WAV151）組成。在浦東機場工作的7年來，我通過自己的工作經(jīng)驗結(jié)合實際故障對浦東機場在用的WAA151、WAV151機械風速風向傳感器淺談一些個人心得體會。

關(guān)鍵詞：航空氣象；風向風速傳感器；故障分析；浦東機場

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0046-01

1 WAA151、WAV151原理解析

風向、風速傳感器為機械轉(zhuǎn)動式傳感器，浦東機場風桿高度10米，通過測量空氣流動的矢量值經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換及格雷碼變換經(jīng)由MODEM傳輸至內(nèi)場處理單元，經(jīng)處理后傳送至各工作站。

1.1 WAA151風速傳感器工作原理

連接轉(zhuǎn)動軸的鋸齒形圓盤在光耦發(fā)光二極管與光敏三極管之間轉(zhuǎn)動，鋸齒形圓盤上有14個齒，每個齒代表0狀態(tài)，每個切口代表1狀態(tài)。當圓盤轉(zhuǎn)動時，光敏三極管輸出脈沖，脈沖數(shù)正比于風速。

1.2 WAV151風向傳感器工作原理

紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組裝、連接在風向標軸上的編碼盤六條碼軌的兩邊。當風向標轉(zhuǎn)動時，就會產(chǎn)生六位格雷碼脈沖，脈沖由光電三極管接收，每變化5.63度，格雷碼變化一次，風向數(shù)據(jù)也隨之變化一次。風向傳感器測量范圍為0～360°，包含64個方位。

2 浦東機場常見故障實例分析

2.1 跑道兩端風向數(shù)據(jù)相反報錯故障處理

格雷碼錯誤導致的跑道兩端風向數(shù)據(jù)相反。

風向傳感器主要依據(jù)風標方位及其產(chǎn)生的格雷碼對照進行檢測。6位格雷碼有64個方位，檢測時優(yōu)先選擇0°、90°、180°、270°此四個角度所對應的格雷碼判斷檢測。檢查WAV151維護手冊中的格雷碼對應表可知，四個典型方位與其格雷碼對應關(guān)系為：

0°（360°） 000000

90° 110000

180° 101000

270° 011000

斷開傳感器的信號連線，僅留+12V與地線連接供電，對傳感器進行格雷碼檢測。分別把風標轉(zhuǎn)至0°、90°、180°、270°，用萬用表測量斷開所有信號線的電平，12V為格雷碼的高電平，由1表示；0V為格雷碼的低電平，由0表示。此時測量出的格雷碼必須是四個方向所對應的格雷碼。這樣可判斷傳感器內(nèi)格雷碼盤、脈沖整形電路、穩(wěn)壓防護電路等是否正常。

從四個典型方向的格雷碼表中可看出，在上面的檢測中，三個低位碼的變化尚未檢測。因此，為了排除三個低位碼對應的三對LED發(fā)光管和光敏管的好壞，還必須用指針式萬用表進一步測量。萬用表分別連接于六根信號線上測量六次，測量時隨意轉(zhuǎn)動風標（至少必須轉(zhuǎn)動一圈以上），每根信號線上的電平都必須至少在0～12V兩個點上變動一次。這樣檢測之后，即可判斷傳感器內(nèi)三對LED發(fā)光管和光敏管的好壞，這樣才能對風向傳感器進行完全的檢測和判斷。

2.2 風速數(shù)據(jù)丟失短時間內(nèi)自動回復

風速數(shù)據(jù)丟失是非常常見的風速傳感器故障，在浦東機場主要由鳥類干擾引起。對于是否是線路（或傳感器本身）故障還是由鳥類干擾引起的故障進行判斷可以有一個簡單的鑒別方法，內(nèi)場打開Sensor Terminal，連接風數(shù)據(jù)，查看風源代碼中是否在結(jié)尾有“V*”標示，若含有，一般優(yōu)先判斷是由鳥類干擾引起，可以通過聯(lián)系驅(qū)鳥隊來解決。

2.3 處理器故障導致風數(shù)據(jù)長時間DATA MISSING

由于是傳感器本身故障，而風速傳感器輸出的信號為脈沖頻率信號，應當優(yōu)先檢查與傳感器相連的主設(shè)備箱內(nèi)相關(guān)風速數(shù)據(jù)處理板電路是否正常。斷開傳感器，用低頻信號發(fā)生器模擬風速信號輸出給風速處理電路，幅度調(diào)于5～12V之間，頻率為100Hz（如果對此信號吃不準，可用示波器查看）。信號發(fā)生器輸出接在風速信號的輸入端，處理設(shè)備上應得到10m/s的風速數(shù)據(jù)（測試終端為計算機或手持式維護終端）。并根據(jù)轉(zhuǎn)換公式變換低頻信號發(fā)生器的輸出頻率，模擬高、中、低各幾組風速信號，對應測試終端的顯示進行多次驗證。在此推薦直接倒風桿進行處理器的更換，對故障恢復時間有明顯幫助。

2.4 風向傳感器卡滯故障

風向卡滯于239°導致的風向數(shù)據(jù)僵死。通過維修經(jīng)驗及手冊分析可以得知，風向239°時7位格雷碼固定為1狀態(tài)，即高電平狀態(tài)。此時先將傳感器卸下清潔旋轉(zhuǎn)口，再將傳感器信號線開路，檢查鏈接電纜，用移動終端連接，人工手動撥動風向標軸，若風數(shù)據(jù)值不出現(xiàn)239°，則說明風向傳感器中有紅外發(fā)光二極管壞死。更換風向傳感器后恢復。

3 結(jié)語

在浦東II跑道MID加裝機械風后，隨著浦東機場III（A）運行的開始，在日常工作中，對風速風向的維護將會更加頻繁。除本文所述檢測方法之外，風傳感器的維護維修工作還包含轉(zhuǎn)動軸承的清洗或更換、指北調(diào)整、風標平衡調(diào)節(jié)、傳感器的模擬器測試、防雷接線檢查、（A/D）處理通信模塊的維護檢查等，必須在充分掌握傳感器及其相關(guān)連接設(shè)備的原理、信號格式、處理方式、通信傳輸方式等的情況下進行系統(tǒng)性的維護和維修工作，為航空飛行安全提供良好的氣象服務保障。

參考文獻

[1]《WAA151運行手冊》[K].

[2]《WAV151運行手冊》[K].