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

　　對全國組網(wǎng)雷達系統(tǒng)故障分布情況進行統(tǒng)計分析表明，雷達發(fā)射機故障占居榜首，引起發(fā)射機系統(tǒng)不能正常工作的原因是多方面的。統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，鈦泵電源故障造成發(fā)射機不能正常工作的比例在逐年增加。速調(diào)管是雷達系統(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，鈦泵就是承擔這項重要任務(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、信號流程與電路特點

　　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)必須達到一定的真空度。鈦泵就是用來完成這項任務(wù)的裝置。鈦泵由一個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，形成很強的電場。管內(nèi)殘留氣體中的正離子，在該電場力的作用下，以高速轟擊鈦板，使鈦金屬發(fā)生大量濺散而復蓋陽極，使陽極吸附氣體，從而保證了管內(nèi)的真空度。雷達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發(fā)射機的正常工作。

　　1.2、鈦泵電源的作用和電路特點

　　速調(diào)管是雷達系統(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)計了鈦泵裝置，雷達發(fā)射機工作時鈦泵電源同時無故障正常工作。

　　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，該指示值能對發(fā)射機故障定位提供有力幫助，并對速調(diào)管的工作進行控制和保護。速調(diào)管鈦泵電源具有高電壓小電流的特點，運行穩(wěn)定，保護可靠，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。鈦泵電流的保護值為20 μA。

　　1.3、鈦泵電源的信號流程

　　交流輸入電壓220 V 經(jīng)開關(guān)XS1、保險絲和電阻R1 加到電源變壓器初級，通過變壓器次級升壓為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、電壓取樣信號送往發(fā)射機監(jiān)控電路3A1A2，進行故障報警和控制保護。

圖1 鈦泵電源信號流程圖

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，通常從鈦泵電源電路、鈦泵電源采樣電路、鈦泵電源控制保護電路等3 個方面分析定位故障點。

　　鈦泵電源電路故障定位采用直接法，通過發(fā)射機面板儀表(高壓表、電流表)測量鈦泵電源輸出電壓、電流是否達到正常值(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，保險絲是否熔斷、保險絲座接觸是否良好、電路連接電纜有無斷開、半導體器件是否正常等，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)是否滿足標稱值，根據(jù)測量結(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，進一步檢查鈦泵電源控制保護電路的電流過流、過壓控制保護集成電路(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)射機面板檢測到鈦泵電壓正常，但監(jiān)控系統(tǒng)報鈦泵電源故障，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

　　當報警系統(tǒng)提示鈦泵電源故障，如果通過上述方法確定鈦泵電源運行正常，則可斷定造成報鈦泵電源故障的原因是監(jiān)控電路故障導致發(fā)射機無法正常運行，當一時無法查出監(jiān)控電路故障點，即使檢查出來故障器件，但又無備件更換，如果碰上有強天氣過程，要求雷達必須開機運行，此時可采取應(yīng)急處理方法，首先斷開監(jiān)控電路，方法是拔掉相對應(yīng)的集成模塊(鈦泵電源低壓保護控制保護集成電路為圖1中3A1A2 的比較器N11，鈦泵電流過流控制保護集成電路為3A1A2 的比較器N10)，此時發(fā)射機處于應(yīng)急工作狀態(tài)。雷達仍然能維持運行，待強對流天氣過程結(jié)束后停機修復監(jiān)控系統(tǒng)故障。注意采取雷達應(yīng)急工作狀態(tài)的前提必須準確判斷故障點是監(jiān)控電路。

　　3.2、發(fā)射機正常工作對鈦泵電源要求

　　單獨存放的速調(diào)管長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)進行除氣一次，且保持1 h以上，以延長速調(diào)管使用壽命。發(fā)射機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，可增加低壓預熱時間，提高真空度直到電流小于5 μA，方可加發(fā)射機高壓。

4、鈦泵電源控制保護作用與調(diào)試方法

　　4.1、控制保護電路的作用

　　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。上述兩種取樣信號分別送入測量接口板3A1A2，以供測量和監(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。在測量接口板3A1A2 上，設(shè)有鈦泵電源3PS8 輸出電壓欠壓保護電路及輸出電流過流保護電路。當鈦泵電源輸出電壓低于門限值時，保護電路向控制保護板3A3A1 發(fā)出鈦泵欠壓報警信號；當鈦泵電源輸出電流高于門限值時，保護電路向控制保護板3A3A1 發(fā)出鈦泵過流報警信號。在控制電路3A1A2 中設(shè)計了電位器RP14 用于設(shè)置欠壓保護門限，電位器RP10 用于設(shè)置過流保護門限。出廠時鈦泵欠壓和過流保護門限分別設(shè)置為2.5 kV 和20 μA。

　　4.2、鈦泵電源負載調(diào)試方法

　　將發(fā)射機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，連接負載。負載阻抗為300 MΩ。

　　合上機柜燈供電空氣開關(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量鈦泵電源輸出電壓，應(yīng)為3 kV 左右。用萬用表測量電阻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，再調(diào)節(jié)發(fā)射機控制面板A1 上測量接口板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)射機控制面板高壓開關(guān)，此時高壓供電調(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)射機控制面板A1 上測量接口板3A1A2 上電位器RP10，使鈦泵電流故障指示燈亮。此時，鈦泵電壓故障指示燈也亮說明各調(diào)試電路正常。

　　當鈦泵電源調(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，撤掉負載電阻，將鈦泵電源分機安裝并固定到機柜上，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的聯(lián)機調(diào)試方法

　　用示波器測量發(fā)射機接口板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

　　通過在實際工作中對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、典型故障個例

　　故障現(xiàn)象：鈦泵電源報警，發(fā)射機無法加高壓，導致雷達停機。

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

　　故障定位與處理方法：為準確定位故障部位，首先測量鈦泵電壓保護電路關(guān)鍵點參數(shù)，用示波器測量發(fā)射機測量接口板3A1A2 的R47 與ZP19 之間的電壓為15 V(正常)，測量N11:5 與ZP19 電壓為2.1 V(正常)，進一步測量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)，從鈦泵電源信號信號流程可知鈦泵電壓保護電路正常，鈦泵電源報警是由于采樣電路或者鈦泵電源電路本身故障導致鈦泵采樣電壓低所致。

　　首先測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)，進一步證實故障是鈦泵采樣電壓低所致；為進一步定位故障是電壓采樣網(wǎng)絡(luò)電阻變化導致，還是鈦泵電源本身輸出電壓低導致，用高壓表測量(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致鈦泵采樣電壓低；斷開監(jiān)控電路采樣負載，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)，確定故障點為升壓變壓器故障，更換升壓變壓器后，雷達恢復正常運行狀態(tài)。

6、結(jié)論

　　通過對雷達發(fā)射機鈦泵電源常見和典型故障定位分析，得出：雷達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、鈦泵電源控制保護電路3 方面定位雷達故障。雷達系統(tǒng)各分機電源(燈絲電源、磁場電源、直流電源等)雖然電路設(shè)計不同，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)電源電路信號流程，通過關(guān)鍵點波形、參數(shù)(電壓、電流、電阻等)測量來定位故障點，雷達技術(shù)保障人員只要熟悉雷達相關(guān)電源、電源監(jiān)控信號流程以及關(guān)鍵點參數(shù)指標值，就能夠在雷達出現(xiàn)故障后短時間定位故障點，從而采取有效措施排除雷達故障，減小修復時間，提高雷達平均無故障運行時間(MTBF)和雷達可用性指標要求。