MITRAS大氣透射儀能見度跳變的故障處理淺析

邱盡梅

摘 要：跑道視程（runway visual range，簡稱RVR）是機(jī)場運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)之一，而能見度值是估算跑道視程的重要參數(shù)。能見度值的準(zhǔn)確性直接決定了RVR的準(zhǔn)確性。本文簡要介紹了MITRAS大氣透射儀設(shè)備的工作原理，根據(jù)設(shè)備輸出信息，詳細(xì)分析了設(shè)備輸出MOR值跳變的原因，并說明了處理過程及結(jié)果，對其他行業(yè)從業(yè)人員具有極大的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大氣透射儀；能見度；跳變

中圖分類號(hào)：V321.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0054-02

MITRAS大氣透射儀設(shè)備通過測量發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的透射率來獲得能見度值，而能見度值與跑道視程（runway visual range，簡稱RVR）直接相關(guān)。RVR的數(shù)值是機(jī)場能否起降的判別標(biāo)準(zhǔn)之一，對飛行起降安全有較大影響。所以，為保證RVR值的準(zhǔn)確、可靠，首先必須確保MITRAS大氣透射儀設(shè)備輸出的能見度值準(zhǔn)確，可靠。目前，國內(nèi)大部分機(jī)場使用的都是芬蘭VAISALA公司生產(chǎn)的MITRAS大氣透射儀設(shè)備來測量、提供RVR以及能見度值。因此，對氣象機(jī)務(wù)人員來說，確保MITRAS大氣透射儀設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定至關(guān)重要。

本文基于長期的AWOS（auto weather observe syetem，自動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)）設(shè)備的維護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)，淺析了廣州白云機(jī)場MITRAS大氣透射儀設(shè)備能見度跳變的故障處理，希望對其他同行人員有所參考。

1 MITRAS大氣透射儀設(shè)備工作原理簡介

MITRAS大氣透射儀直接測量發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的透射率，透射率的測量通過一個(gè)“有效基線”來完成（所謂有效基線，就是從發(fā)射機(jī)的保護(hù)窗口表面到接收機(jī)的保護(hù)窗口表面之間的距離）。發(fā)射機(jī)的光束對準(zhǔn)接收機(jī)的鏡頭中心，接收機(jī)處理器在發(fā)射機(jī)處理器的控制下完成初始測量和數(shù)據(jù)的內(nèi)部交換操作。MITRAS大氣透射儀設(shè)備測量的能能見度數(shù)據(jù)定時(shí)送到CDU（central data unit，中央數(shù)據(jù)單元）主機(jī)，在CDU主機(jī)上通過跑道背景燈光和跑道燈光強(qiáng)度計(jì)算出RVR值。氣象光學(xué)視程（Meterological Optical Range，簡稱MOR）或者能見度值V（visibility）通過以下公式計(jì)算得出：

V=3×B/-LnT（米）

RVR=（V、BL、LSI、K1、K2、K3、K4、，跑道燈光強(qiáng)度）

這里B為有效基線長度。

T為透射率。

發(fā)射端和接收端均有LPC11（processor board，處理器板）和LPH11（heating control board，加熱控制板），LPC11處理器板是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的核心，控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。LPH11加熱控制板控制著機(jī)內(nèi)加熱和窗口加熱，防止機(jī)內(nèi)和窗口表面受水汽的影響。機(jī)內(nèi)溫度通過安裝在LPI11（intensity measurement unit，光強(qiáng)測量單元）的半導(dǎo)體溫度傳感器測得，該溫度傳感器輸出一個(gè)與絕對溫度成正比的電壓，測得的溫度以差分方式輸入系統(tǒng)。預(yù)期溫度可以通過加熱控制板LPH11上的X2跳線來設(shè)置，溫度可以選擇20度，30度，40度，50度。發(fā)射端和接收端的加熱控制板LPH11上的溫度控制跳線X2必須設(shè)置在相同的溫度，通常選擇40度。如圖1所示為LPH11加熱控制板，圖上所示為兩個(gè)指示燈及一個(gè)跳線。

加熱的目的是保持機(jī)內(nèi)電子元器件和窗口恒溫，防止窗口水汽凝結(jié)，提高設(shè)備的工作穩(wěn)定性。加熱電源控制來自于LPT11（Overvoltage Protection Board，過壓保護(hù)板）。加熱控制板LPH11上V3指示燈亮，表示窗口加熱開啟；V4指示燈亮，表示機(jī)內(nèi)加熱開啟。

LPT11過壓保護(hù)板板的主要功能有防止外部電壓對內(nèi)部線路的過壓損壞，提供數(shù)字電流環(huán)接口供數(shù)據(jù)交換，提供背景燈光儀輸入接口，主電源保險(xiǎn)，選擇電壓的開關(guān)以及用于鏡頭加熱控制的固態(tài)繼電器。當(dāng)TEOPTOa信號(hào)為高時(shí)，固態(tài)繼電器K1連接加熱電源。

鏡頭以及設(shè)備箱中均有加熱電阻。國內(nèi)通常選擇220V的交流電供電，加熱元器件采用串聯(lián)方式連接。

窗口加熱采用24V交流電，返回信號(hào)通過WTE反饋給LPH11加熱控制板用于窗口加熱的開關(guān)控制。

2 故障分析及處理過程

2.1 故障現(xiàn)象

日常運(yùn)行過程中，在一段連續(xù)的時(shí)間內(nèi)，氣象觀測員經(jīng)常反映東內(nèi)跑道南端接地區(qū)的MITRAS大氣透射儀設(shè)備輸出的能見度值不準(zhǔn)，但經(jīng)檢查自動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)事件監(jiān)控窗口沒有任何告警。經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)但其輸出的能見度值與觀測員觀測的能見度值偏差較大，經(jīng)常在較高能見度值與較低能見度值之間跳變，高的能見度值通常達(dá)到74018米的極限，較低的能見度值偶會(huì)到1200米左右，而且在一天之內(nèi)就會(huì)來回的跳變。由于該點(diǎn)的能見度值經(jīng)常跳變，會(huì)與本場其他點(diǎn)的大氣透射儀設(shè)備輸出的能見度值形成沖突。如果天氣條件較差，此種情況勢必會(huì)影響到RVR值的輸出，導(dǎo)致自動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)輸出的RVR值與實(shí)際RVR值有偏差，影響飛行安全。即使在天氣條件較好的情況下，此種情況也會(huì)嚴(yán)重影響觀測員的工作，增加觀測員的工作量。

2.2 故障分析

接到以上情況報(bào)告后，由于室內(nèi)自動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)事件監(jiān)控窗口無任何告警信息，設(shè)備維護(hù)人員第一時(shí)間帶上維護(hù)電腦出外場檢查設(shè)備工作情況。到達(dá)現(xiàn)場后，維護(hù)人員通過維護(hù)電腦連接大氣透射儀的發(fā)射機(jī)，利用status命令查看設(shè)備工作狀態(tài)。設(shè)備輸出狀態(tài)信息顯示無任何告警，但火眼金睛的設(shè)備維護(hù)人員還是發(fā)現(xiàn)了設(shè)備存在的異常情況：接收機(jī)temperature一欄提示溫度為49.2度，發(fā)射端溫度為41.2度。

根據(jù)MITRAS大氣透射儀設(shè)備的工作原理，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的機(jī)內(nèi)溫度差值超過10攝氏度時(shí)，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生告警，導(dǎo)致無數(shù)據(jù)輸出。為了防止發(fā)射機(jī)和接收機(jī)因溫度差值超過10攝氏度而產(chǎn)生告警，隨后設(shè)備維護(hù)人員把發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的LPH11溫度控制板上的X2跳線均由原來的40度改跳至50度。endprint

（1）由于故障現(xiàn)象為能見度在較高值與較低值之間來回跳變，維護(hù)人員初步把故障定位在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)沒有嚴(yán)格的對直，導(dǎo)致能見度跳變。

根據(jù)維護(hù)人員的排除故障思路，首先檢查發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的對直情況。隨后，維護(hù)人員拆除接收機(jī)的后蓋板，利用對直工具檢查發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的對直情況。檢查結(jié)果對直正常，沒有出現(xiàn)偏差。在發(fā)射機(jī)端利用DMES命令檢查發(fā)射光強(qiáng)和接收光強(qiáng)，均在正常范圍內(nèi)。

（2）檢查MITRAS大氣透射儀的污染補(bǔ)償情況。在發(fā)射機(jī)端利用TCON命令檢查設(shè)備的污染補(bǔ)償情況，signal值和reference值均在正常范圍內(nèi)；隨后檢查接收端，tcon命令輸出結(jié)果signal值434，reference值為1432，signal值低于設(shè)備要求的最低1000的臨界值。根據(jù)以往的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，拆開前面板，拆下污染補(bǔ)償模塊LPD11，調(diào)整其污染檢測燈泡的位置。調(diào)整結(jié)束后，用TCON命令檢查，signal值和reference值均在正常范圍內(nèi)。用status命令檢查，接收端參數(shù)均正常，temperature一項(xiàng)仍顯示50度。

（3）到發(fā)射端用維護(hù)電腦檢查設(shè)備情況，status命令輸出，發(fā)射端和接收端工作狀態(tài)均正常，但temperature一項(xiàng)顯示，發(fā)射端的溫度49.2度，接收端的溫度50度，其他均工作正常。

（4）利用dmes 命令觀察其輸出能見度情況，輸出能見度仍然與實(shí)際能見度有偏差。經(jīng)過近一天的觀察，利用AVIMET軟件自帶的圖形輸出功能查看，該點(diǎn)輸出的能見度值仍然跳變嚴(yán)重。

（5）經(jīng)過前面的故障排查，隨后把故障點(diǎn)定位在接收端的溫度異常上。由于是溫度異常，所以首先考慮更換了LPH11加熱控制板。更換前，首先把發(fā)射端的LPH11加熱控制板的X2跳線跳至40度，更換上線的接收端的LPH11加熱控制板也跳線至40度。更換完成后，檢查發(fā)射端和接收端溫度，發(fā)射端溫度40.2度，接收端溫度43.8。每重新輸入一次status命令，接收端的溫度都有上升，直至升到50度左右，說明更換LPH11加熱控制板不能解決接收端溫度異常的問題。

鑒于LPC11處理器板是MITRAS大氣透射儀設(shè)備的核心，控制盒監(jiān)視著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，考慮更換接收端的LPC11處理器板。更換后檢查，接收端的溫度仍然在緩慢的上升，剛開始更換時(shí)，系統(tǒng)溫度在40度左右，設(shè)備輸出能見度也與實(shí)際相符。隨著接收端設(shè)備溫度的緩慢上升，設(shè)備輸出能見度也開始慢慢偏離正常值。至此，更換LPC11處理器板不能解決故障。

（6）由于更換了LPC11處理器板和LPH11加熱控制板后，均不能解決接收端溫度偏高的問題?？紤]到LPT11暫態(tài)保護(hù)板上有一個(gè)固態(tài)繼電器K1（solid state relay）用于鏡頭加熱控制。懷疑是否LPT11暫態(tài)保護(hù)板上的固態(tài)繼電器故障，導(dǎo)致加熱持續(xù)。隨后，更換LPT11暫態(tài)保護(hù)板。更換結(jié)束后，用維護(hù)電腦連接接收端查看設(shè)備工作狀態(tài)，接收端溫度為40.2度。多次輸入status命令檢查其工作狀態(tài)，溫度一項(xiàng)均沒有超過42度。隨后，用維護(hù)電腦連接至發(fā)射端，輸入status命令檢查，temperatures一項(xiàng)，發(fā)射端和接收端溫度分別為41.1度和41.3度。多次輸入status命令檢查，發(fā)射端和接收端的溫度偶有上升，但均不會(huì)超過42度。至此，接收端溫度異常的故障基本排除。

（7）在發(fā)射端利用dmes c命令監(jiān)視設(shè)備輸出的能見度值，與觀測員報(bào)的人工觀測的能見度值吻合。接收端機(jī)內(nèi)溫度正常后，設(shè)備輸出的能見度值也趨于正常，沒有再出現(xiàn)忽高忽低跳變的現(xiàn)象。

分析維護(hù)人員的整個(gè)排故過程，MITRAS大氣透射儀設(shè)備機(jī)內(nèi)溫度異常是此次能見度值忽高忽低跳變的主要原因。機(jī)內(nèi)溫度恢復(fù)正常后，設(shè)備輸出能見度值與人工觀測的能見度值吻合。

3 結(jié)語

在自動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)所有傳感器中，MITRAS大氣透射儀設(shè)備是相對比較穩(wěn)定也比較重要的，其設(shè)備故障通常會(huì)以不同的告警信息提示給設(shè)備維護(hù)人員。本文中的設(shè)備異常情況，無任何告警提示，這就要求我們設(shè)備維護(hù)人員熟練掌握設(shè)備的正常狀態(tài)以及各數(shù)據(jù)的正常范圍，確保設(shè)備運(yùn)行正常穩(wěn)定。希望本文能對其他的自動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)人員維護(hù)設(shè)備有所幫助。endprint