维萨拉云高仪异常报告NCD维修案例分析

维萨拉云高仪异常报告NCD维修案例分析

陈政才,胡连军

民航中南地区空管局气象中心广东广州51000

摘要：本文对广州白云国际机场自动气象观测系统（AWOS）出现的一次维萨拉CT25K云高仪长时间持续异常报告NCD（无云）的故障进行分析并介绍维修思路及经验，为同类设备的维修提供参考。

关键词：云高仪CT25KCL31NCD滤镜

1引言

自动气象观测系统（AWOS）属于民航气象探测设备，该系统通过安装在机场跑道附近的各类传感器探测跑道当前的气象数据，其中包含跑道视程（RVR）、风向风速、气压、云高、温度湿度等，其传感器则包括了前散射能见度仪、云高仪、天气现象传感器、大气透射仪、雨量计、温湿度传感器、风向风速传感器等。AWOS系统所探测的实时跑道数据服务于管制、观测、预报和民航其他各相关部门。

广州白云国际机场现有云高仪6套，其中型号为CT25K的云高仪4套，2套型号为CL31，分别安装在三条跑道的6个航向台。在前，多地机场气象台在运维时出现过多起云高仪在多云天气下持续报告NCD，且设备本身并无任何告警的情况，除了对云高仪进行整机更换外尚无更好的解决方案。本文针对此次CT25K云高仪出现的同样故障情况下的一次成功的维修案例进行分析，并拆解最新的维萨拉云高仪CL31，证明该维修经验同样适用于CL31。

2CT25K云高仪的基本构成及工作原理

2.1CT25K云高仪基本构成

云高仪CT25K由测量单元、外壳部分、基座三个主要部分组成，其中

1）测量单元主要包括：

光学组件CTB22、发射机CTT21、接收器CTR21、光学监测器CTL21、处理板DMC50B、电源板DPS52、接口板DCT51及电源CTP241

2）外壳包括

内置窗口鼓风机CT2614/CT2688（热空气鼓风机）

2.2CT25K云高仪工作原理

CT25K云高仪运用了脉冲二极管激光LIDAR技术，在垂直或接近垂直的方向上发送短而有力的激光脉冲，通过光速C及激光脉冲的发送和反向散射信号之间的时间延迟T，可计算出云底高H=C*T/2。CT25K可以同时探测三个云层。除了云层外，它还可探测是否有降水或其它影响能见度的现象。内部监测系统可持续报告设备的状态信息。

3故障现象

广州白云机场东内南CT25K云高长时间在多云天气下报告NCD，而其他点的云高仪均能探测到云。

我们在室内AWOS维护终端上查看该点云高仪状态信息，显示设备状态均正常，无任何相关告警信息。详细状态信息如下：

CEILO>getstatus

VOLTAGES(UNIT0.1V)

P12128M12-124P5G54M5G-55VCA123

P13133M13-129P5R50M5R-52BAT123

P18177PHV2028PFB14P65735CHA123

RECEIVERTRANSMITTER

GAINHPLENL

BANDNPQTY64K

SAMP10MHzOUT578mV

SENSOKSENS103%

COMP013131IN149

TEMPERATURESENVIRONMENT

BLOWER+20CWINDOW201mV100%

CPU+28CRADIANCE275mV

LASER+20CANGLE+0DEG

LENS///CHUMIDITYNONE

OUTSIDE+23C

INHEATEROFFOUTHEATEROFFBLOWERON

该类故障现象在云高仪维护手册当中没有任何提示，也未有其他维修经验可供借鉴，这给此次故障维修带来相当大的挑战。

4故障分析及处理过程

4.1更换发射机

通过上述初步状态检查及交扰补偿处理后，该点云高长时间在多云天气报NCD的情况依旧，在持续观察该云高异常情况过程中，我们发现该点云高在低云情况下能偶尔报告云高的情况。对此，我们考虑从发射机着手，如能在低云情况下探测到云，在其他多云情况下不能探测到云，可能是由于发射机老化导致功率偏低。从状态信息中可见OUT值仅为578mV，相对于新发射机的功率，已衰减过半。发射机板更换后，OUT值上升为1312mV。但继续监测，情况依旧。

4.2更换接收机

我们使用笔记本终端继续对该点云高的状态信息进行进一步深入的检查跟踪，同时截取其他各点云高的状态检查数据进行对比，经对比检查发现该点云高仪的RECVALUE值相比于其他各点云高偏低较多，其他各点在600左右，而该点的RECVALUE值只有300甚至更低。RECVALUE值代表了云高仪光学罩整个光通路的清洁程度，它的测量是用过CTL21光学检测单元通过发射光信号并经过光学罩后由接收机接收光信号来完成测试的。

在经上述分析对比，我们认为该点的RECVALUE值偏低的且不正常，该值偏低，可能是接收机异常，或是CTL21光学检测单位异常又或者是光学组件通路中有污染。考虑到各部件故障发生的概率及更换操作的难易程度，我们优先考虑云高仪接收机可能存在异常，因为接收机属于易损件，且接收机因老化造成灵敏度下降，导致云层反射的信号不能被接收机识别到，所以报告NCD，符合故障现象。因此，我们进行接收机的更换。更换后，故障依旧，且该点RECVALUE值还是偏低。

CTL21光学检测单元上的LED光源用于测试接收机，若该LED老化，也会引起RECVALUE值偏低，但是与故障现象并不相符，因此先排除CTL21故障的可能性，直接对光路衰减情况进行检测。

4.3光路检测

在STATUS信息中，有一个不容易被注意的细节：LENS///C。光学镜面温度不能正常显示，由此，我们检查了外部加热器，发现加热器故障不能正常加热，导致光学腔内有水汽凝结，造成激光信号在收发过程中双向衰减极大。更换外部加热器后，我们将云高仪整机拆解，放置在空调机房内进行干燥处理。

注意，对光学腔进行拆解时，有红色油漆的螺丝需要有资质的维护人员在厂家人员指导下方可进行。

另外，在检测光路的过程中，有另一个不易发现的细节：光学组件底部连接接收机处有一个滤光片，其作用是对进入接收机的光进行过滤，避免环境光导致接收机饱和。在拆解的过程中发现，该滤镜受腐蚀严重，于是进行了更换。

设备重新上线后与其它点的设备数据进行了长时间的数据对比，结果显示该点云高仪探测云高数据恢复正常。

5总结

本次02L云高仪长时间在多云天气下报告NCD的现象开始较为罕见，经过对云高仪重新进行交扰补偿，更换发射机、接收机，拆装、清洁光学组件并最终更换光学组件中的滤光片才最终解决了本次故障。

深究本次故障的原因，我们为同类设备的维护维修给出几点建议：

1）云高仪长期在室外恶劣环境下工作，需要跟踪光学器件的加热情况及机箱的密封性，一旦加热器不能正常工作或者密封不严，光学器件容易受到水汽的侵蚀；

2）云高仪的发射机和接收机属于损耗件，需要持续监控发射和接收参数，及时对老化的部件进行更换；

3）接收机前端的光学滤光片处于设备底部，受腐蚀后透光性能极大降低，严重影响有效信号进入接收机；

4）我们对CL31云高仪进行了拆机，证实该经验同样适用于CL31云高仪。