關(guān)于短波發(fā)射機(jī)盤(pán)型電感精準(zhǔn)定位的探索

摘? 要：150 kW短波發(fā)射機(jī)依靠電感和電容實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，其中8路盤(pán)型線圈作為調(diào)諧允許誤差較小的粗調(diào)電感，其實(shí)際位置對(duì)調(diào)諧結(jié)果影響較大，而由于各種原因，現(xiàn)有的計(jì)數(shù)顯示并不能很好地反映實(shí)際位置。這會(huì)使安全播出工作留下嚴(yán)重隱患，因此在發(fā)射機(jī)維護(hù)過(guò)程中需要不斷思考和改善對(duì)電感的精準(zhǔn)定位，提升倒頻效率以及設(shè)備和播出的安全性。文章結(jié)合工作實(shí)際，比較了多種方法，確定了利用漫反射光纖進(jìn)行精準(zhǔn)定位的可行性和可靠性。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機(jī);光纖;電感;精準(zhǔn)定位

中圖分類號(hào)：TN931 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）05-0070-03

Exploration on Accurate Positioning of Disk Inductor in Shortwave Transmitter

RUAN Xiang

（State Administration of Radio and Television 831 Radio Station，Jinhua? 321100，China）

Abstract：150 kW shortwave transmitter relies on inductor and capacitance to achieve tuning，in which 8-way disk coil is used as coarse tuning inductor with small tuning error，and its actual position plays an important role in tuning results. However，due to various reasons，the existing counting display can not reflect the actual position well. This will leave serious hidden dangers in the safe broadcasting work，so in the process of transmitter maintenance，we need to constantly think about and improve the accurate positioning of the inductor，improve the efficiency of frequency inversion and the safety of equipment and broadcasting. This paper combines with the actual work，the feasibility and reliability of using diffuse reflection fiber for accurate positioning are determined by comparing various methods.

Keywords：shortwave transmitter;optical fiber;inductor;accurate positioning

0? 引? 言

電感在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲等作用。在發(fā)射機(jī)電路中，用到電感的地方很多，并且所使用的電感也是多種多樣的，小到幾毫米，大到長(zhǎng)達(dá)數(shù)米（TBH522型150 kW發(fā)射機(jī)中的2路腔體電感長(zhǎng)達(dá)4米），所起到的作用各有不同。

作為在高周重要調(diào)諧器件之一的盤(pán)型電感，使用接點(diǎn)在其線圈上滑動(dòng)使線圈電感發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和長(zhǎng)期的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)作為“粗調(diào)”使用的盤(pán)型電感，其位置對(duì)應(yīng)的頻率幾乎是固定不變的。但是由于調(diào)節(jié)電感是一個(gè)機(jī)械的過(guò)程，步進(jìn)電機(jī)結(jié)合碼盤(pán)也常存在著“丟步”現(xiàn)象，加上機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)本身帶來(lái)的誤差，以及高頻環(huán)境對(duì)電磁計(jì)步的干擾，使得盤(pán)型電感的位置有時(shí)和顯示的計(jì)步位置并不一樣。但是由于盤(pán)型電感安裝位置的高頻干擾和強(qiáng)電影響，目前國(guó)內(nèi)并沒(méi)有對(duì)此類電感進(jìn)行精確定位的方法。本文通過(guò)實(shí)際測(cè)試和理論分析，對(duì)盤(pán)型線圈精準(zhǔn)定位的方法進(jìn)行了分析和比較，希望能拋磚引玉，和大家共同探究發(fā)射機(jī)維護(hù)的方法和經(jīng)驗(yàn)。

1? 背景和重要性

在各類短波發(fā)射機(jī)工作中，電容和電感都是發(fā)射機(jī)進(jìn)行倒頻調(diào)諧時(shí)的重要元器件，以TBH522型150 kW發(fā)射機(jī)為例，倒頻調(diào)諧分為粗調(diào)和細(xì)調(diào)，一般粗調(diào)時(shí)調(diào)整電容和電感到達(dá)預(yù)置位置，細(xì)調(diào)則可視作頻率跟蹤自動(dòng)調(diào)諧，繼續(xù)調(diào)整電容到位[1]。

電感若是到達(dá)不了預(yù)置位置或者到達(dá)的實(shí)際位置與預(yù)置位置相差甚遠(yuǎn)，則會(huì)造成粗調(diào)不能完成，發(fā)射機(jī)不能進(jìn)入細(xì)調(diào)，倒頻調(diào)諧不能完成和播出;或者由于各種原因，顯示的位置數(shù)據(jù)已到預(yù)置位置，如圖1所示，而實(shí)際位置卻并未到達(dá)預(yù)置位置時(shí)，則會(huì)造成調(diào)諧回路失諧，發(fā)射機(jī)的各表值嚴(yán)重偏離正常數(shù)值，影響安全播出，威脅發(fā)射機(jī)設(shè)備安全[2]。

在TBH522型150 kW發(fā)射機(jī)中，粗調(diào)時(shí)，可調(diào)諧電感主要有2路腔體和8路的盤(pán)型線圈，其中8路盤(pán)型線圈，如圖2所示，其允許的實(shí)際位置和預(yù)置位置的偏差相對(duì)較小，最大放量為2厘米左右，若實(shí)際位置相差太大，會(huì)導(dǎo)致回路失諧，若此時(shí)在射頻電路中加上高壓，則可能導(dǎo)致射頻回路中電流和電壓過(guò)大從而擊穿元器件，影響播出安全和設(shè)備安全。

實(shí)際工作中，導(dǎo)致盤(pán)型電感接點(diǎn)位置不準(zhǔn)的原因很多，但如果我們能知道盤(pán)型電感的實(shí)際位置，就可以確保粗調(diào)時(shí)盤(pán)型電感位置的準(zhǔn)確，甚至能在調(diào)諧時(shí)再反饋給調(diào)諧系統(tǒng)，督使它準(zhǔn)確快速地達(dá)到調(diào)諧點(diǎn)，確?！按终{(diào)”的穩(wěn)定，保證播出安全。同時(shí)也能在大數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)頻率對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，為今后機(jī)器開(kāi)新頻率作數(shù)據(jù)支撐。

2? 盤(pán)型電感的運(yùn)行機(jī)制和環(huán)境

要對(duì)盤(pán)型電感作精準(zhǔn)定位，需要了解它的運(yùn)行機(jī)制和環(huán)境。150 kW發(fā)射機(jī)中的盤(pán)型電感通常被稱為8路，作為高前級(jí)調(diào)諧電感，在粗調(diào)時(shí)用。調(diào)諧通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，如圖3，輸出機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)力矩帶動(dòng)盤(pán)型電感上的接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變盤(pán)型電感電氣參量[3]。

傳動(dòng)裝置裝有一個(gè)與盤(pán)型電感機(jī)械聯(lián)動(dòng)的光電碼盤(pán)，通過(guò)光電碼盤(pán)的計(jì)數(shù)脈沖實(shí)現(xiàn)定位，其計(jì)數(shù)值與被調(diào)元件的電氣參量值完全對(duì)應(yīng)。自動(dòng)調(diào)諧裝置具有驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使被調(diào)元件的實(shí)際位置跟蹤預(yù)置位置的功能。調(diào)諧時(shí)，由“預(yù)置位置”鎖存器給出需要的位置，讓“實(shí)際位置”計(jì)數(shù)器自動(dòng)跟蹤鎖存器的位置進(jìn)行調(diào)諧。圖4為盤(pán)型電感的控制示意圖[4]。

自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械部分限位為行程開(kāi)關(guān)限位，長(zhǎng)期運(yùn)行中由于行程開(kāi)關(guān)誤差可導(dǎo)致電感限位不準(zhǔn)確。另外，步進(jìn)電機(jī)偶爾會(huì)發(fā)生丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，也就是丟數(shù)，丟數(shù)現(xiàn)象累積到一定程度會(huì)影響播出安全。電機(jī)發(fā)熱也會(huì)影響電機(jī)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，速度一旦提高，容易出現(xiàn)失步故障，溫度過(guò)高則會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降失步。而且，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)松動(dòng)、銷釘不緊等也都可能造成盤(pán)型電感接點(diǎn)位置的變化[5]。

所以我們需要有另外的系統(tǒng)對(duì)盤(pán)型電感進(jìn)行督控，從而確保盤(pán)型電感的穩(wěn)定和可靠。而由于150 kW發(fā)射機(jī)中的盤(pán)型電感的所在環(huán)境是在高頻環(huán)境，且在發(fā)射機(jī)工作時(shí)，有大電流和高電壓在盤(pán)型電感上，同時(shí)也產(chǎn)生大量的熱。這對(duì)盤(pán)型電感的定位系統(tǒng)就提出了比較苛刻的要求。以至于到目前為止，國(guó)內(nèi)的發(fā)射臺(tái)站還沒(méi)有可靠的對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)定位和控制的系統(tǒng)。

3? 方案的選擇和確定

考慮到盤(pán)型電感具有強(qiáng)電流和高電壓，而且又有強(qiáng)電磁和高頻干擾，首先確定的方案是非接觸式定位法，而不能利用霍爾傳感器，容易被高頻干擾。

在非接觸法中，通常有視頻法和激光法，視頻法利用傳輸視頻的方式，把觸點(diǎn)的實(shí)時(shí)視頻發(fā)送給上位機(jī)，然后由上位機(jī)軟件對(duì)上傳的視頻進(jìn)行分析，再由上位機(jī)算法計(jì)算，這需要在盤(pán)型電感上粘上或者繪上類似斑馬線的條紋，用來(lái)計(jì)數(shù)。同時(shí)視頻法對(duì)環(huán)境的光線有一定的要求，需要提高整體環(huán)境亮度和降低光污染。激光法則是利用不同物質(zhì)材料和顏色的反射率不同，在圖5所示的盤(pán)型電感線圈上等距離的均勻鋪上反射材料，或者也粘上類似斑馬線的條紋，利用反射率的不同，下位機(jī)使用脈沖計(jì)數(shù)，然后發(fā)送到上位機(jī)軟件，進(jìn)行精準(zhǔn)定位[6]。

考慮到盤(pán)型電感所在位置，使用視頻法的話容易受高頻干擾，導(dǎo)致視頻從清晰度和及時(shí)性方面都無(wú)法保證很好地達(dá)到效果，甚至出現(xiàn)掉幀的情況，那就和步進(jìn)電機(jī)的失步一樣，無(wú)法保證它們中的哪一個(gè)是精確的。所以不能使用視頻法進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

至于激光法，筆者之前用激光法來(lái)測(cè)量發(fā)射機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，如圖6所示，測(cè)得數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，效果良好。但是對(duì)于盤(pán)型電感來(lái)說(shuō)，它的高頻干擾更重，而且電感上帶有強(qiáng)電流和高電壓，若用之前測(cè)試風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，則會(huì)因感應(yīng)而造成數(shù)據(jù)波動(dòng)，甚至燒毀傳感器。

因此，視頻法和激光法都不能直接應(yīng)用于盤(pán)型電感的精準(zhǔn)定位。但利用光纖的抗干擾性，以及光纖在很大程度上是絕緣的，不會(huì)對(duì)發(fā)射機(jī)本身現(xiàn)有的電磁環(huán)境產(chǎn)生影響，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)盤(pán)型電感的精確定位。當(dāng)然，這里我們所使用的光纖為3頭的漫反射光纖，如圖7所示，這種光纖，有一邊是雙端，一邊是單端。

在發(fā)射機(jī)高周以外的地方（避開(kāi)干擾區(qū)）在光纖的雙端中的一頭加上光源，用單端作為檢測(cè)端固定在盤(pán)型電感的接點(diǎn)，跟著接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在盤(pán)型電感的每一圈的檢測(cè)線上都貼上斑馬線狀色帶，利用反射原理[7]，在光纖雙端的另一頭，接上光接收器，如圖8所示，再連上光電轉(zhuǎn)換模塊，根據(jù)不同顏色和材料對(duì)光的反射率不同[8]，將斑馬線條紋轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，最終計(jì)算出實(shí)際位置[9]。

4? 結(jié)? 論

光纖良好的抗干擾能力，可以在發(fā)射機(jī)很多場(chǎng)合用到，比如電子管測(cè)溫等。在盤(pán)型電感精確定位中，光纖不僅抗高頻干擾，而且由于工作時(shí)電感表面會(huì)帶有強(qiáng)電流和高電壓，所以傳感器元件不能直接安裝在機(jī)體里面，正好電感所處環(huán)境的光污染很少，利用漫反射光纖的傳導(dǎo)將盤(pán)型電感的實(shí)際位置“導(dǎo)出”到接收端。

由于取樣過(guò)程很好地避開(kāi)了干擾，能保證下位機(jī)脈沖計(jì)算時(shí)的準(zhǔn)確，只要設(shè)置合適的斑馬條紋寬度，比如每格0.2～0.5 cm，就能精確地計(jì)算出每個(gè)頻率盤(pán)型電感的實(shí)際位置，又充分保證其位置在允許的范圍之內(nèi)（2～3 cm）。而由于8路屬于“粗調(diào)”，在頻段內(nèi)需要被記錄的點(diǎn)并不多，實(shí)時(shí)對(duì)電感位置的精確監(jiān)測(cè)也可以顯示8路運(yùn)行的趨勢(shì)，降低事故的發(fā)生率。

盤(pán)型電感的精準(zhǔn)定位如果后續(xù)加上自動(dòng)糾錯(cuò)，結(jié)合預(yù)置位置和實(shí)際位置的對(duì)照，就可以在倒頻或者開(kāi)新頻率時(shí)，將電感實(shí)際位置自動(dòng)調(diào)諧到預(yù)置位置，避免因盤(pán)型電感不到位引起的失諧。另外也可以避免因步進(jìn)電機(jī)失步、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不緊等原因造成顯示位置不準(zhǔn)，以及因機(jī)械原因需要經(jīng)常對(duì)電感進(jìn)行“清零”復(fù)位。另外電感在各類發(fā)射機(jī)中大同小異，此方法也可用于其他高頻干擾較大的環(huán)境中進(jìn)行精準(zhǔn)定位（比如瑞士500kW短波發(fā)射機(jī)的4路電感）等。

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作者簡(jiǎn)介：阮翔（1982—），男，漢族，浙江金華人，工程師，本科，研究方向：短波發(fā)射機(jī)運(yùn)行維護(hù)。