CINRAD/SC型多普勒天氣雷達常見故障及檢修

摘要：CINRAD/SC 型多普勒天氣雷達具有探測降水，臺風，暴雨，颮線，冰雹等氣象目標的功能?？梢约皶r、準確、連續(xù)的探測半徑 500 公里范圍內(nèi)目標物的強度變化和移動路徑。它主要由天線饋線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等幾部分組成。本文分析了 CINRAD/SC 新一代天氣雷達的接收系統(tǒng)的基本工作原理，在此基礎(chǔ)上對近幾年出現(xiàn)的故障進行分析，并給出了故障排除方法，為今后新一代天氣雷達的維護維修提供參考。

關(guān)鍵詞：CINRAD/SC型多普勒天氣雷達;常見故障;維修檢測

引言：氣象觀測是氣象服務(wù)的基礎(chǔ)，觀測業(yè)務(wù)是氣象現(xiàn)代化、自動化和科技化的重要組成部分，隨著氣象和業(yè)務(wù)的發(fā)展，氣象觀測越來越趨向自動化。多普勒效應(yīng)是澳大利亞物理學(xué)家從運動著的發(fā)聲源中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，多普勒天氣雷達的工作原理即以多普勒效益為基礎(chǔ)，當降水粒子相對雷達發(fā)射波束相對運動時，可以測定接收信號與發(fā)射信號的高頻頻率之間存在的差異，從而得出所需的信息。運用這種原理，可以測定散射體相對于雷達的速度，在一定條件下反演出大氣風場、氣流垂直速度的分布以及湍流情況等。這對研究降水的形成，分析中小尺度天氣系統(tǒng)，警戒強對流天氣等具有重要意義。CINRAD/SC型多普勒天氣雷達工作過程中難免會出現(xiàn)各式各樣的故障，因此氣象部門需要加強CINRAD/SC型多普勒天氣雷達的日常維護以及管理工作，保證觀測質(zhì)量。

1.CINRAD/SC 型多普勒天氣雷達常特點

1.1總體特點

CINRAD/SC 型多普勒天氣雷達全相參多普勒天氣雷達技術(shù)體制，具備很強的探測能力，地雜波抑制能力-50dbB，具有很高的頻率穩(wěn)定性，引用WSR-88D、CINRAD/SA雷達天線體掃描（VCP）模式設(shè)計以及移用WSR-88D、CINRAD/SA雷達的全套RDA軟件，雷達在線校準標定功能和機內(nèi)測試和監(jiān)控功能，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)，雷達可靠性高，可實現(xiàn)遙控和連續(xù)不間斷運行。[1]

1.2技術(shù)特點

發(fā)射機設(shè)計方案與CINRAD/SA雷達基本相同，保持了CINRAD/SA雷達發(fā)射機的主要功能和對外接口關(guān)系，軟硬件相結(jié)合，實現(xiàn)工作狀態(tài)監(jiān)控、故障隔離定位、告警。完善增強了故障保護、安全連鎖和重復(fù)循環(huán)診斷功能，出現(xiàn)故障可在微秒時間內(nèi)切斷高壓。[2]接收機具有實時標定校準功能以及具有干擾檢測功能。而且數(shù)字式天線伺服系統(tǒng)在監(jiān)控系統(tǒng)控制下工作，閉環(huán)系統(tǒng)保證直徑為 4.5m 拋物面天線轉(zhuǎn)動平穩(wěn)， 不抖動，超調(diào)最小，達到規(guī)定的掃描速度精度要求， 能根據(jù)天氣目標性質(zhì)、地物干擾分布特點選擇不同的天線掃描模式，并采用了交流伺服電機替代常用的直流電機。

2.主要設(shè)備

2.1觸發(fā)信號發(fā)生器

觸發(fā)信號發(fā)生器（控制鐘）是整個雷達的控制系統(tǒng)，它周期性地產(chǎn)生一個脈沖式的觸發(fā)信號，觸發(fā)脈沖輸送到調(diào)制解調(diào)器和顯示器，指揮它們開始工作。

2.2調(diào)制解調(diào)器

在觸發(fā)脈沖的觸發(fā)作用下，調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生調(diào)制脈沖。調(diào)制解調(diào)器具有固定的脈沖寬度，調(diào)制脈沖提供一個合適的視頻波形具有足夠的幅度，以便使下一級電路發(fā)射機正常工作。

2.3天線轉(zhuǎn)換開關(guān)

天線轉(zhuǎn)換開關(guān)是將天線、發(fā)射機和接收機連接起來的一種裝置。當天線和發(fā)射機接通時，發(fā)射機輸出的特高頻振蕩脈沖電磁波順利地到達天線，在這個時間內(nèi)天線與接收機切斷連通，電磁波不能進入接收機。在探測脈沖發(fā)射的間歇期，轉(zhuǎn)換開關(guān)接通接收機，使天線接收到的回波信號能全部進入接收機。波導(dǎo)管是一種空心矩形金屬管狀導(dǎo)體，其內(nèi)徑大小隨所攜帶信號的波長而異，脈沖信號經(jīng)它傳送到天線其損耗極小。

2.4接收機和顯示器

接收機接收來自目標物的回波信號，經(jīng)過放大后送往顯示器進行顯示。回波信號常常非常微弱，接收機必須具有接收微弱信號的能力，這種能力稱為靈敏度。靈敏度用最小可辨功率表示。它是回波信號剛剛能從噪聲信號中分辨出來時的回波功率。平面顯示器一般有平面位置顯示器和距離高度顯示器。平面位置顯示器是天氣雷達中最常用的一種顯示器。電子束一方面以脈沖重復(fù)頻率自屏幕的中心向外作等速的徑向掃描，通過天線傳動裝置，使徑向掃描為同步地隨天線繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，當有回波信號進入時，在相應(yīng)的距離和方位上掃描線增亮，從而顯示出回波，其亮度取決于回波信號的強度，近代采用了視頻積分處理器，將回波信號按不同的強度用不同的灰度或彩色顯示出來。距離高度顯示器用來顯示垂直剖面，縱坐標是高度，橫坐標為水平距離，高度坐標放大，所顯示的回波在垂直方向被拉長了。

3.常見故障及檢測

3.1天線饋線系統(tǒng)

饋線系統(tǒng)的功能是傳輸、控制和分配射頻電磁信號。發(fā)射機產(chǎn)生的強大射頻電磁信號通過饋線系統(tǒng)傳輸至天線，天線饋線系統(tǒng)常見的故障有很多。當加固螺釘沒上緊高壓后饋線部分內(nèi)部打火，可能是波導(dǎo)管連接處抗流法蘭的密閉圈環(huán)，密閉不好，環(huán)流器有故障?？梢圆痖_清潔處理后，換密封圈，上緊螺釘;手摸環(huán)流器，若燙手，應(yīng)關(guān)機。拆下檢查，維護后再裝上，若仍有燈火聲，則換件。若出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)阻流關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，擺動幅度大的情況，可能是機械安裝不妥。排除方法：拆下重新正常安裝。

3.2發(fā)射系統(tǒng)存在故障

當發(fā)射系統(tǒng)存在故障時，發(fā)射監(jiān)控分機面板上低壓故障區(qū)“鈦泵”燈就會熄滅，可能存在鈦泵電流超過規(guī)定值。排除方法：對鈦泵電源通電，使電流減小到規(guī)定值?？梢詫︹伇秒娫赐?，使電流減小到規(guī)定值。當鈦泵電源面板上電流，電壓，均無指示時，可能時保險絲故障，要及時對保險絲進行檢查和更換。發(fā)射監(jiān)控分機面板上高壓故障區(qū)的“缺相”燈滅時，可能時風機的三相電輸入缺相，工作人員需要檢查調(diào)制機柜底板上的保險絲FU1，F(xiàn)U2，F(xiàn)U3，發(fā)現(xiàn)問題并及時更換。

3.3伺服系統(tǒng)

當天線方位，俯仰都不轉(zhuǎn)時，查看天線安全開關(guān)是否接觸，有沒有斷線或插頭接觸不良的現(xiàn)象。伺服分機遙控或本控的中間繼電器K1是否存在不吸合或者接點接觸不良。遇到伺服電源分機“工作”開關(guān)接觸不良，“應(yīng)急”開關(guān)常閉的現(xiàn)象時，需要檢查、維修，嚴重的需要更換。從伺服分機到天線座逐段檢查路線，修復(fù)斷線，旋緊插頭或更換;更換K1;更換“工作”或“應(yīng)急”開關(guān)的接觸組合頭。當天線方位只能正轉(zhuǎn)不能反轉(zhuǎn)時，可能是伺服分機伺服放大器中繼電器K3常閉接點虛焊，接觸不良，可以檢查修復(fù)或者更換K3。如果有俯仰驅(qū)動電壓輸出，但天線不轉(zhuǎn)。可能是連接電纜斷線或插頭座虛焊以及驅(qū)動電機碳刷松勁，移位，接觸不良造成的。維修人員需要及時檢查，及時修復(fù)，如果焊接不牢固，重新焊牢，定期更換碳刷。當一開驅(qū)動，立即過流時，可能是驅(qū)動模塊IGBT被擊穿，要對驅(qū)動模塊進行更換。

3.4配電系統(tǒng)

當存在不能遙控的現(xiàn)象時，可能是繼電器K1或K2壞，需要定期檢查更換繼電器。當本控或遙控轉(zhuǎn)換失效時，可能是互鎖開關(guān)SA1或SA2損壞，繼電器K6或K7損壞，可以更換檢查更換壞的器件。

結(jié)論：

隨著科技的進步和發(fā)展，氣象觀測自動化程度越來越高，氣象觀測儀器也越來越智能化，CINRAD/SC 型多普勒天氣雷達具有探測降水，臺風，暴雨，颮線，冰雹，龍券等氣象目標的功能。因此，對設(shè)備的保障工作要求也越來越高。一線業(yè)務(wù)人員只有在不斷的實踐中總結(jié)經(jīng)驗，才能提升維護本領(lǐng)，相關(guān)部門要建立健全相應(yīng)的設(shè)備保障體系，制定相應(yīng)的故障應(yīng)急處置流程，確保出現(xiàn)儀器故障不慌亂、有序應(yīng)對及時采取措施。要做到對設(shè)備的清潔維護工作，定期檢查儀器的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

參考文獻：

[1]馬傳成，魏玉鵬，崔曉飛.CINRAD/SC天氣雷達接收系統(tǒng)故障分析[J].山東氣象，2015，35（1）：46-48.

[2]姜領(lǐng)軍.多普勒天氣雷達發(fā)射分系統(tǒng)故障分析與處理[J].空中交通，2015，0（7）：53-55.

作者簡介：陳貴（1985-）男，漢族，四川省達州市人，本科學(xué)歷，助理工程師，從事研究方向或職業(yè)：氣象保障。