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）是機場運行標準的重要指標之一，而能見度值是估算跑道視程的重要參數。能見度值的準確性直接決定了RVR的準確性。本文簡要介紹了MITRAS大氣透射儀設備的工作原理，根據設備輸出信息，詳細分析了設備輸出MOR值跳變的原因，并說明了處理過程及結果，對其他行業從業人員具有極大的參考價值。

關鍵詞：大氣透射儀；能見度；跳變

中圖分類號：V321.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0054-02

MITRAS大氣透射儀設備通過測量發射機和接收機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。RVR的數值是機場能否起降的判別標準之一，對飛行起降安全有較大影響。所以，為保證RVR值的準確、可靠，首先必須確保MITRAS大氣透射儀設備輸出的能見度值準確，可靠。目前，國內大部分機場使用的都是芬蘭VAISALA公司生產的MITRAS大氣透射儀設備來測量、提供RVR以及能見度值。因此，對氣象機務人員來說，確保MITRAS大氣透射儀設備的運行穩定至關重要。

本文基于長期的AWOS（auto weather observe syetem，自動氣象觀測系統）設備的維護維修經驗，淺析了廣州白云機場MITRAS大氣透射儀設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大氣透射儀設備工作原理簡介

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

V=3×B/-LnT（米）

RVR=（V、BL、LSI、K1、K2、K3、K4、，跑道燈光強度）

這里B為有效基線長度。

T為透射率。

發射端和接收端均有LPC11（processor board，處理器板）和LPH11（heating control board，加熱控制板），LPC11處理器板是發射機和接收機的核心，控制著整個系統的運行。LPH11加熱控制板控制著機內加熱和窗口加熱，防止機內和窗口表面受水汽的影響。機內溫度通過安裝在LPI11（intensity measurement unit，光強測量單元）的半導體溫度傳感器測得，該溫度傳感器輸出一個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。預期溫度可以通過加熱控制板LPH11上的X2跳線來設置，溫度可以選擇20度，30度，40度，50度。發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，圖上所示為兩個指示燈及一個跳線。

加熱的目的是保持機內電子元器件和窗口恒溫，防止窗口水汽凝結，提高設備的工作穩定性。加熱電源控制來自于LPT11（Overvoltage Protection Board，過壓保護板）。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，表示機內加熱開啟。

LPT11過壓保護板板的主要功能有防止外部電壓對內部線路的過壓損壞，提供數字電流環接口供數據交換，提供背景燈光儀輸入接口，主電源保險，選擇電壓的開關以及用于鏡頭加熱控制的固態繼電器。當TEOPTOa信號為高時，固態繼電器K1連接加熱電源。

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

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

2 故障分析及處理過程

2.1 故障現象

日常運行過程中，在一段連續的時間內，氣象觀測員經常反映東內跑道南端接地區的MITRAS大氣透射儀設備輸出的能見度值不準，但經檢查自動氣象觀測系統事件監控窗口沒有任何告警。經過一段時間的觀察，發現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到74018米的極限，較低的能見度值偶會到1200米左右，而且在一天之內就會來回的跳變。由于該點的能見度值經常跳變，會與本場其他點的大氣透射儀設備輸出的能見度值形成沖突。如果天氣條件較差，此種情況勢必會影響到RVR值的輸出，導致自動氣象觀測系統輸出的RVR值與實際RVR值有偏差，影響飛行安全。即使在天氣條件較好的情況下，此種情況也會嚴重影響觀測員的工作，增加觀測員的工作量。

2.2 故障分析

接到以上情況報告后，由于室內自動氣象觀測系統事件監控窗口無任何告警信息，設備維護人員第一時間帶上維護電腦出外場檢查設備工作情況。到達現場后，維護人員通過維護電腦連接大氣透射儀的發射機，利用status命令查看設備工作狀態。設備輸出狀態信息顯示無任何告警，但火眼金睛的設備維護人員還是發現了設備存在的異常情況：接收機temperature一欄提示溫度為49.2度，發射端溫度為41.2度。

根據MITRAS大氣透射儀設備的工作原理，發射機與接收機的機內溫度差值超過10攝氏度時，設備會產生告警，導致無數據輸出。為了防止發射機和接收機因溫度差值超過10攝氏度而產生告警，隨后設備維護人員把發射機和接收機的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）由于故障現象為能見度在較高值與較低值之間來回跳變，維護人員初步把故障定位在發射機與接收機沒有嚴格的對直，導致能見度跳變。

根據維護人員的排除故障思路，首先檢查發射機與接收機的對直情況。隨后，維護人員拆除接收機的后蓋板，利用對直工具檢查發射機和接收機的對直情況。檢查結果對直正常，沒有出現偏差。在發射機端利用DMES命令檢查發射光強和接收光強，均在正常范圍內。

（2）檢查MITRAS大氣透射儀的污染補償情況。在發射機端利用TCON命令檢查設備的污染補償情況，signal值和reference值均在正常范圍內；隨后檢查接收端，tcon命令輸出結果signal值434，reference值為1432，signal值低于設備要求的最低1000的臨界值。根據以往的維護經驗，拆開前面板，拆下污染補償模塊LPD11，調整其污染檢測燈泡的位置。調整結束后，用TCON命令檢查，signal值和reference值均在正常范圍內。用status命令檢查，接收端參數均正常，temperature一項仍顯示50度。

（3）到發射端用維護電腦檢查設備情況，status命令輸出，發射端和接收端工作狀態均正常，但temperature一項顯示，發射端的溫度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際能見度有偏差。經過近一天的觀察，利用AVIMET軟件自帶的圖形輸出功能查看，該點輸出的能見度值仍然跳變嚴重。

（5）經過前面的故障排查，隨后把故障點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，檢查發射端和接收端溫度，發射端溫度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大氣透射儀設備的核心，控制盒監視著整個系統的運行，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，系統溫度在40度左右，設備輸出能見度也與實際相符。隨著接收端設備溫度的緩慢上升，設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。考慮到LPT11暫態保護板上有一個固態繼電器K1（solid state relay）用于鏡頭加熱控制。懷疑是否LPT11暫態保護板上的固態繼電器故障，導致加熱持續。隨后，更換LPT11暫態保護板。更換結束后，用維護電腦連接接收端查看設備工作狀態，接收端溫度為40.2度。多次輸入status命令檢查其工作狀態，溫度一項均沒有超過42度。隨后，用維護電腦連接至發射端，輸入status命令檢查，temperatures一項，發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，發射端和接收端的溫度偶有上升，但均不會超過42度。至此，接收端溫度異常的故障基本排除。

（7）在發射端利用dmes c命令監視設備輸出的能見度值，與觀測員報的人工觀測的能見度值吻合。接收端機內溫度正常后，設備輸出的能見度值也趨于正常，沒有再出現忽高忽低跳變的現象。

分析維護人員的整個排故過程，MITRAS大氣透射儀設備機內溫度異常是此次能見度值忽高忽低跳變的主要原因。機內溫度恢復正常后，設備輸出能見度值與人工觀測的能見度值吻合。

3 結語

在自動氣象觀測系統所有傳感器中，MITRAS大氣透射儀設備是相對比較穩定也比較重要的，其設備故障通常會以不同的告警信息提示給設備維護人員。本文中的設備異常情況，無任何告警提示，這就要求我們設備維護人員熟練掌握設備的正常狀態以及各數據的正常范圍，確保設備運行正常穩定。希望本文能對其他的自動氣象觀測系統設備維護人員維護設備有所幫助。endprint