速調(diào)管是新一代天氣雷達(dá)(CINRAD)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，為確保穩(wěn)定可靠運(yùn)行,在速調(diào)管附屬電路中設(shè)計(jì)了鈦泵電源裝置。本文介紹了鈦泵電源的工作原理、作用及特點(diǎn)，并給出了CINRAD/SA 和SB 型號(hào)天氣雷達(dá)鈦泵電源信號(hào)流程、技術(shù)參數(shù)測(cè)量等分析思路，列舉了CINRAD/SA 和SB 型號(hào)天氣雷達(dá)鈦泵電源常見故障和典型故障的處理過程，總結(jié)提出了雷達(dá)鈦泵電源控保電路調(diào)試、故障定位及處理方法，為雷達(dá)保障技術(shù)人員高效快捷處理雷達(dá)鈦泵電源故障提供參考。

　　對(duì)全國組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)故障分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，雷達(dá)發(fā)射機(jī)故障占居榜首，引起發(fā)射機(jī)系統(tǒng)不能正常工作的原因是多方面的。統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，鈦泵電源故障造成發(fā)射機(jī)不能正常工作的比例在逐年增加。速調(diào)管是雷達(dá)系統(tǒng)中最重要的器件，也是一種電真空器件，要求速調(diào)管管體內(nèi)必須達(dá)到一定的真空度才能保證速調(diào)管穩(wěn)定可靠工作，鈦泵就是承擔(dān)這項(xiàng)重要任務(wù)的裝置，鈦泵電源直接向鈦泵提供工作電壓，確保鈦泵電源正常工作是保證鈦泵和速調(diào)管正常工作的基礎(chǔ)，從而提高發(fā)射機(jī)系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，因此總結(jié)鈦泵電源調(diào)試和故障定位及維修方法十分重要。

1、鈦泵電源的工作原理、信號(hào)流程與電路特點(diǎn)

　　1.1、鈦泵電源的組成及工作原理

　　速調(diào)管是一種電真空器件，為保證速調(diào)管穩(wěn)定可靠工作，要求速調(diào)管管體內(nèi)必須達(dá)到一定的真空度。鈦泵就是用來完成這項(xiàng)任務(wù)的裝置。鈦泵由一個(gè)陽極和兩塊鈦金屬板組成，陽極和鈦板之間的間距約1～2 mm。兩者之間施加+4 kV 直流高壓，形成很強(qiáng)的電場(chǎng)。管內(nèi)殘留氣體中的正離子，在該電場(chǎng)力的作用下，以高速轟擊鈦板，使鈦金屬發(fā)生大量濺散而復(fù)蓋陽極，使陽極吸附氣體，從而保證了管內(nèi)的真空度。雷達(dá)鈦泵陽極電源由鈦泵電源電路提供，鈦泵電源的正常與否直接影響雷達(dá)發(fā)射機(jī)的正常工作。

　　1.2、鈦泵電源的作用和電路特點(diǎn)

　　速調(diào)管是雷達(dá)系統(tǒng)關(guān)鍵器件，為確保穩(wěn)定、可靠，必須保證速調(diào)管內(nèi)部的真空度，因此速調(diào)管附屬電路設(shè)計(jì)了鈦泵裝置，雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作時(shí)鈦泵電源同時(shí)無故障正常工作。

　　鈦泵電源向速調(diào)管的鈦泵提供工作電壓。為了保證速調(diào)管的高真空度，管內(nèi)設(shè)有一個(gè)冷陰極的鈦泵。速調(diào)管陽極電流幾乎正比于管內(nèi)氣體的濃度，陽極電流指示值表示速調(diào)管管內(nèi)的真空度，該指示值能對(duì)發(fā)射機(jī)故障定位提供有力幫助，并對(duì)速調(diào)管的工作進(jìn)行控制和保護(hù)。速調(diào)管鈦泵電源具有高電壓小電流的特點(diǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，保護(hù)可靠，采用典型倍壓式電路。鈦泵電源電壓為3～4 kV(可調(diào))，電流為1 mA。鈦泵電源電壓低限值要求為2.5 kV±0.1 kV。鈦泵電流的保護(hù)值為20 μA。

　　1.3、鈦泵電源的信號(hào)流程

　　交流輸入電壓220 V 經(jīng)開關(guān)XS1、保險(xiǎn)絲和電阻R1 加到電源變壓器初級(jí)，通過變壓器次級(jí)升壓為800 V 左右交流電壓，經(jīng)四倍壓整流后輸出3 kV直流電壓，通過高壓插座送往速調(diào)管鈦泵。倍壓整流電路由電容器(C1~C8)和整流二極管(V1~V4)組成。同時(shí)在鈦泵電源輸出電路通過分流、分壓，獲取鈦泵電源電流、電壓取樣信號(hào)送往發(fā)射機(jī)監(jiān)控電路3A1A2，進(jìn)行故障報(bào)警和控制保護(hù)。

圖1 鈦泵電源信號(hào)流程圖

2、鈦泵電源故障分析定位方法

　　根據(jù)鈦泵電源工作原理和特點(diǎn)，通常從鈦泵電源電路、鈦泵電源采樣電路、鈦泵電源控制保護(hù)電路等3 個(gè)方面分析定位故障點(diǎn)。

　　鈦泵電源電路故障定位采用直接法，通過發(fā)射機(jī)面板儀表(高壓表、電流表)測(cè)量鈦泵電源輸出電壓、電流是否達(dá)到正常值(正常值3 kV 左右，電流小于5 μA)，若不滿足正常值，再使用萬用表檢查四倍壓整流電路的電容是否短路，保險(xiǎn)絲是否熔斷、保險(xiǎn)絲座接觸是否良好、電路連接電纜有無斷開、半導(dǎo)體器件是否正常等，查出相關(guān)故障器件予以排除。

　　如果通過檢查電壓、電流值均正常，則應(yīng)考慮測(cè)量采樣電路中各采樣電阻值(R2、3A1A2 的R57 等)和電壓(R2 端電壓為2.5V)是否滿足標(biāo)稱值，根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定是否采樣電路故障。如果檢查結(jié)果異常，則通過測(cè)量采樣電阻值定位故障器件予以排除。

　　如果確定不是采樣電路故障，進(jìn)一步檢查鈦泵電源控制保護(hù)電路的電流過流、過壓控制保護(hù)集成電路(主要在3A1A2 中的比較器N10、N11 等)各器件，并排除故障。

　　如果通過發(fā)射機(jī)面板檢測(cè)到鈦泵電壓正常，但監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)鈦泵電源故障，此故障應(yīng)定位監(jiān)控電路故障，檢查監(jiān)控電路故障的關(guān)鍵是測(cè)量比較器的閾值電壓、電源電壓以及比較器的輸入、輸出電壓，根據(jù)測(cè)量電壓正常與否確定故障部位予以排除。

3、鈦泵電源故障應(yīng)急處理方法與使用要求

　　3.1、鈦泵電源故障應(yīng)急處理方法

　　當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)提示鈦泵電源故障，如果通過上述方法確定鈦泵電源運(yùn)行正常，則可斷定造成報(bào)鈦泵電源故障的原因是監(jiān)控電路故障導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無法正常運(yùn)行，當(dāng)一時(shí)無法查出監(jiān)控電路故障點(diǎn)，即使檢查出來故障器件，但又無備件更換，如果碰上有強(qiáng)天氣過程，要求雷達(dá)必須開機(jī)運(yùn)行，此時(shí)可采取應(yīng)急處理方法，首先斷開監(jiān)控電路，方法是拔掉相對(duì)應(yīng)的集成模塊(鈦泵電源低壓保護(hù)控制保護(hù)集成電路為圖1中3A1A2 的比較器N11，鈦泵電流過流控制保護(hù)集成電路為3A1A2 的比較器N10)，此時(shí)發(fā)射機(jī)處于應(yīng)急工作狀態(tài)。雷達(dá)仍然能維持運(yùn)行，待強(qiáng)對(duì)流天氣過程結(jié)束后停機(jī)修復(fù)監(jiān)控系統(tǒng)故障。注意采取雷達(dá)應(yīng)急工作狀態(tài)的前提必須準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)是監(jiān)控電路。

　　3.2、發(fā)射機(jī)正常工作對(duì)鈦泵電源要求

　　單獨(dú)存放的速調(diào)管長(zhǎng)期不使用要定期開鈦泵電源：每月開鈦泵電源一次；每季開鈦泵電源并給速調(diào)管加燈絲電流至工作狀態(tài)進(jìn)行除氣一次，且保持1 h以上，以延長(zhǎng)速調(diào)管使用壽命。發(fā)射機(jī)開低壓后首先檢查鈦泵電流指示值，若電流過大，表示速調(diào)管內(nèi)真空度低，可增加低壓預(yù)熱時(shí)間，提高真空度直到電流小于5 μA，方可加發(fā)射機(jī)高壓。

4、鈦泵電源控制保護(hù)作用與調(diào)試方法

　　4.1、控制保護(hù)電路的作用

　　在鈦泵電源印制板電原理圖中，R2 與R3 并聯(lián)組成輸出電壓取樣電阻，R4 是輸出電流取樣電阻。上述兩種取樣信號(hào)分別送入測(cè)量接口板3A1A2，以供測(cè)量和監(jiān)控電路之用。在控制面板3A1A2 上，鈦泵電流表指示鈦泵電源的輸出電流，電壓/電流表可選擇指示鈦泵電壓。在測(cè)量接口板3A1A2 上，設(shè)有鈦泵電源3PS8 輸出電壓欠壓保護(hù)電路及輸出電流過流保護(hù)電路。當(dāng)鈦泵電源輸出電壓低于門限值時(shí)，保護(hù)電路向控制保護(hù)板3A3A1 發(fā)出鈦泵欠壓報(bào)警信號(hào)；當(dāng)鈦泵電源輸出電流高于門限值時(shí)，保護(hù)電路向控制保護(hù)板3A3A1 發(fā)出鈦泵過流報(bào)警信號(hào)。在控制電路3A1A2 中設(shè)計(jì)了電位器RP14 用于設(shè)置欠壓保護(hù)門限，電位器RP10 用于設(shè)置過流保護(hù)門限。出廠時(shí)鈦泵欠壓和過流保護(hù)門限分別設(shè)置為2.5 kV 和20 μA。

　　4.2、鈦泵電源負(fù)載調(diào)試方法

　　將發(fā)射機(jī)鈦泵電源輸入的交流220 V 通過轉(zhuǎn)接電纜、調(diào)壓器連接鈦泵電源XS1/1、2 端，連接負(fù)載。負(fù)載阻抗為300 MΩ。

　　合上機(jī)柜燈供電空氣開關(guān)Q3 和輔助供電空氣開關(guān)Q2，將調(diào)壓器調(diào)至220 V，用高壓探頭接上萬用表測(cè)量鈦泵電源輸出電壓，應(yīng)為3 kV 左右。用萬用表測(cè)量電阻R2 兩端的電壓應(yīng)為2.5 V 左右。如果鈦泵電壓高于3 kV，關(guān)掉機(jī)柜燈供電空氣開關(guān)Q3 和輔助供電空氣開關(guān)Q2，改變調(diào)壓器的輸出電壓，重復(fù)步驟(2)，直到鈦泵電壓為3 kV 左右。降低調(diào)壓器輸出，使鈦泵電源輸出電壓為2.5kV，此時(shí)，再調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)控制面板A1 上測(cè)量接口板3A1A2 上電位器RP14,使面板上鈦泵電壓故障指示燈亮，這表明鈦泵電源電壓低限值已經(jīng)設(shè)置好，且為2.5 kV 正常值。

　　關(guān)掉空氣開關(guān)Q2、Q3，改變負(fù)載的阻抗為150MΩ，再合上Q2、Q3 和高壓供電空氣開關(guān)Q1，合上發(fā)射機(jī)控制面板高壓開關(guān)，此時(shí)高壓供電調(diào)壓器在零的位置。將鈦泵電源調(diào)壓器調(diào)至220 V，調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)控制面板A1 上測(cè)量接口板3A1A2 上電位器RP10，使鈦泵電流故障指示燈亮。此時(shí)，鈦泵電壓故障指示燈也亮說明各調(diào)試電路正常。

　　當(dāng)鈦泵電源調(diào)試到最佳工作狀態(tài)后，斷開空氣開關(guān)Q1、Q2、Q3，將連接電纜、調(diào)壓器斷開，撤掉負(fù)載電阻，將鈦泵電源分機(jī)安裝并固定到機(jī)柜上，接好鈦泵電源至速調(diào)管的連接電纜。

　　4.3、鈦泵電壓和鈦泵電流保護(hù)的聯(lián)機(jī)調(diào)試方法

　　用示波器測(cè)量發(fā)射機(jī)接口板3A1A2 的R47 與ZP19 之間的電壓應(yīng)為15 V，R57 與ZP19 之間電壓應(yīng)為2.5V，N11:6 與ZP19 之間電壓應(yīng)為13 V，調(diào)節(jié)RP14， 使得N11:5 與ZP19 電壓為2.1 V； 調(diào)節(jié)RP10，使得N10:9 與ZP19 電壓為4 V。

5、鈦泵電源常見故障和典型故障處理方法

　　5.1、常見故障處理方法

　　通過在實(shí)際工作中對(duì)鈦泵電源故障處理總結(jié)得出一些方法，見表1。

表1 鈦泵電源常見故障處理方法

　　5.2、典型故障個(gè)例

　　故障現(xiàn)象：鈦泵電源報(bào)警，發(fā)射機(jī)無法加高壓，導(dǎo)致雷達(dá)停機(jī)。

　　故障分析流程：依據(jù)鈦泵電源信號(hào)流程，按照鈦泵電源故障分析定位方法進(jìn)行。

　　故障定位與處理方法：為準(zhǔn)確定位故障部位，首先測(cè)量鈦泵電壓保護(hù)電路關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)，用示波器測(cè)量發(fā)射機(jī)測(cè)量接口板3A1A2 的R47 與ZP19 之間的電壓為15 V(正常)，測(cè)量N11:5 與ZP19 電壓為2.1 V(正常)，進(jìn)一步測(cè)量R57 與ZP19 之間電壓小于1 V(應(yīng)為2.5 V 左右)，N11:6 與ZP19 之間電壓7V 左右(應(yīng)為13 V 左右)，從鈦泵電源信號(hào)信號(hào)流程可知鈦泵電壓保護(hù)電路正常，鈦泵電源報(bào)警是由于采樣電路或者鈦泵電源電路本身故障導(dǎo)致鈦泵采樣電壓低所致。

　　首先測(cè)量鈦泵電源采樣電阻R2 兩端電壓小于1 V(應(yīng)為2.5 V 左右)，進(jìn)一步證實(shí)故障是鈦泵采樣電壓低所致；為進(jìn)一步定位故障是電壓采樣網(wǎng)絡(luò)電阻變化導(dǎo)致，還是鈦泵電源本身輸出電壓低導(dǎo)致，用高壓表測(cè)量(高壓感應(yīng)探頭)輸出到速調(diào)管的電壓小于1 kV，確定鈦泵電源的四倍壓整流輸出電壓低導(dǎo)致鈦泵采樣電壓低；斷開監(jiān)控電路采樣負(fù)載，鈦泵電源輸出仍小于1 kV，定位故障部位為鈦泵電源電路本身故障；最后檢查四倍壓整流器件(電容、倍壓整流管)正常，用萬用表測(cè)量升壓變壓器輸入交流220V 正常，但輸出小于600 V(正常800 V 左右)，確定故障點(diǎn)為升壓變壓器故障，更換升壓變壓器后，雷達(dá)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

6、結(jié)論

　　通過對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)鈦泵電源常見和典型故障定位分析，得出：雷達(dá)鈦泵電源故障定位分析和維修方法和思路，主要從鈦泵電源電路、鈦泵電源采樣電路、鈦泵電源控制保護(hù)電路3 方面定位雷達(dá)故障。雷達(dá)系統(tǒng)各分機(jī)電源(燈絲電源、磁場(chǎng)電源、直流電源等)雖然電路設(shè)計(jì)不同，但其故障定位方法基本上和鈦泵電源故障定位方法相同，通常都是根據(jù)電源電路信號(hào)流程，通過關(guān)鍵點(diǎn)波形、參數(shù)(電壓、電流、電阻等)測(cè)量來定位故障點(diǎn)，雷達(dá)技術(shù)保障人員只要熟悉雷達(dá)相關(guān)電源、電源監(jiān)控信號(hào)流程以及關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)指標(biāo)值，就能夠在雷達(dá)出現(xiàn)故障后短時(shí)間定位故障點(diǎn)，從而采取有效措施排除雷達(dá)故障，減小修復(fù)時(shí)間，提高雷達(dá)平均無故障運(yùn)行時(shí)間(MTBF)和雷達(dá)可用性指標(biāo)要求。