自动气象站被雷击后的修复

   自动气象站的科技含量高，气象数据采集器、各种气象要素传感器，采用了各类高集成电子器件、大规模及超大规模集成电路。自动气象站的各类技术指标，整机的稳定性虽然都比较高，但自动气象站的气象数据采集器耐过压、过流的能力也因之降低，对雷电侵袭的抵御能力也较弱，即使是几公里以外的高空雷闪或对地雷闪都有可能导致设备的损坏。根据统计，自动气象站每年遭雷击达数十次之多，雷击故障一般都是在事先毫无征兆的情况下突然发生，常使人措手不及难以处置。本文就Ⅱ型自动气象站（以下简称自动站）雷击造成常见故障的维修过程，介绍排除雷击故障过程中的分析思路，判断故障所在部位的方法和排除故障具体步骤，仅供参考。

1   故障现象

    采集器每分钟告警一次，气压数据不正常，其它数据正常。关断采集器的电源，2分钟后打开采集器的电源，采集器恢复正常，10分钟后故障现象又出现。2小时后采集器连续告警所有数据都不正常，面板上的数码显示管暗淡，随后采集器停止工作。

1.1   分析思路

    故障现象出现前30小时，有雷雨天气，雷鸣电闪非常激烈，由此推断自动站可能遭受了雷击。根据自动站的组成及工作原理，可以得出结论：所有传感器，电缆、接线盒、采集器遭受雷击损坏后都会出现故障。

    根据自动站的工作原理可以知道，气压传感器的工作电压是12V，电源低于12V时气压传感器就不能正常工作，采集器会每分钟告警一次。电源低于10V时面板显示暗淡，电源继续下降时采集器就会停止工作，由此推断可能是交直流稳压电源出现故障。

1.2   故障排除过程

    关断采集器的电源，旋下采集器后面的直流电源插头，拔掉交流电源插头，直接采用市电，采集器显示所有气象要素数据正常。测量交直流稳压电源，直流输出电压只有8V左右（正常DC12V），交流输出电压0V（正常～AC220V）。由交直流稳压电源的电原理图可知，市电～220V经过变比为1:1的隔离变压器T1次级输出亦为～220V，分为两路，一路经输入变压器T2向交直流变换电路供电，同时为采集器提供＋12V。另一路通过插头6X82向采集器提供AC220V。由于交直流电压均不正常，由此看来很可能是交直流的共用通路出现问题。用数字式万用表2KΩ电阻档测量，发现隔离变压器T1的次级断路，更换隔离变压器T1，交直流稳压电源恢复正常。

    隔离变压器遭雷击损坏后，采集器只能依靠蓄电池供电维持工作，由于蓄电池得不到充电电路补充，随着时间的增加供电电压逐渐降低，当低于12V时就会出现上述故障。

2   故障现象

    遭雷击后10CM地温，读数为－44℃左右（正常值应为28.6℃）。 15CM地温，读数为－43℃左右（正常值应为28.4℃）。

2.1   分析思路

    10CM、15CM地温采集工作过程及系统组成如图1所示：除了10CM、15CM地温，其它气象要素数据采集器显示都正常，由此*可以断定交直流稳压电源工作正常。由图1可知，10CM、15CM地温传感器、电缆、接线盒、采集器四者的其中之一，出现问题就可以造成上述故障。

2.2   故障判断及排除过程

    判断采集器是否工作正常可采取如下方法，用笔记录下深层地温4组数据，关断采集器的电源，旋下采集器后面的深层地温、浅层地温的电缆头，然后将深层地温的电缆头旋入浅层地温的电缆插座。打开采集器的电源，两分钟后浅层地温4组数据与用笔记录的深层地温4组数据*相同，因此可以断定采集器工作正常。

判断电缆是否正常的方法是：关断采集器的电源，旋下采集器后面的浅层地温的电缆头如图2所示： 

     用数字式万用表200Ω电阻档测量电缆头5、7和6、7 ，10、11和9、11，四组插头阻值R都是无穷大，温度28.6℃时的正常阻值应为R=2RL + RT     =131.2Ω，式中RL为电缆每一芯的阻值， RT  为地温传感器的阻值。打开接线盒把XT2—6、XT2—7 和XT2—5、XT2—7、XT2—9、XT2—11和XT2—10、XT2—11、分别短路，测量电缆头5、7，6、7，9、11，10、11四组插座的电阻值均21Ω左右，这说明电缆正常。

仔细检查接线盒没有发现短路、断路、虚焊和损坏的现象，说明接线盒也是好的。

    用数字式万用表200Ω电阻档测量10CM、15CM地温传感器两引线，发现不同颜色间的引线电阻值无穷大，正常阻值应为110Ω左右，证明10CM、15CM地温传感器已经处于开路状态。 更换10CM、15CM地温传感器后，自动站恢复正常工作。

接线盒内虚焊、线头接触不良，电缆5、6、7、9、10、11芯线开路也会出现上述故障现象。

3   故障现象

    采集器告警，面板所有的数码显示管、指示发光二极管都不亮。

3.1   分析思路

    面板显示电路由通用可编程Inte18279芯片、译码电路74L138、驱动电路75452、显示接口电路扩展8位输出组成。

3.2   故障处理

    关断采集器的电源，打开采集器上盖板，取出显示面板，仔细观察发现，通用可编程Inte18279芯片有炸裂的痕迹，将其更换后，显示面板局部恢复正常。但数码显示管、发光二极管亮度偏暗，zui后两位数码显示管仍不亮。测量面板的电压输入端只有4.6 V，正常值5 V，断开电压输入端连线，测量5 V稳压电源工作正常。用数字式万用表20KΩ档测量电压输入端，阻值1.8KΩ，正常阻值红表笔接＋极，黑表笔接－极>20KΩ，黑表笔接＋极，红表笔接－极>2.3KΩ，说明有轻微短路现象。译码芯片74L138工作电压直接采用5 V，如果损坏可能造成上述故障。经过测量发现74L138第8脚对地阻值1.8KΩ，正常阻值>2.3KΩ，由此断定译码芯片74L138损坏。更换后显示面板恢复正常。

    以上三例故障分别发生在交直流稳压电源、传感器、采集器。故障的排除过程，首先是根据系统的组成及工作原理，对故障现象进行仔细分析，由表及里、从简到繁。由外围逐步缩小故障可能存在的范围，然后采取由浅入深的思路进行检查，也就是1：用眼睛观察元器件是否有损坏、变形、变色的现象。2：嗅是否有烧焦的味道。3：不带电测量静态电阻，判断是否有短路、开路现象。4：带电测量各个测试点的直流电压、波形是否正常。zui终判断出故障可能发生的部位，加以排除。