主题：【第九届原创】多功能磁电测量设备控场故障维修

多功能磁电测量设备控场故障维修

原创：李扬 博士(南京航空航天大学)

推荐：陆俊 工程师(中科院物理所)

一句话推荐理由：带博士维修就是轻松，动下嘴皮子谈笑间即将仪器功能恢复，而且下次碰到故障可能嘴皮子都不用动了:-)。

一、背景介绍
南京航空航天大学的多功能磁电测量设备是2010年陆俊工程师基于自主的弱信号测量技术研制安装的一套集磁阻抗测量、磁电耦合测量、磁交流IV测量与磁致伸缩测量的多功能磁电测量设备，设备照片如图1所示。自2011年开始投入使用5年多以来一度运行平稳，帮助课题组筛选新型磁性材料和磁性器件性能优化做出了贡献，并发表了Appl. Phys. Lett.等期刊论文约20篇。

图1 设备照片

二、故障现象
涉及到变场测量时，手动模式工作正常，但切换到程序控制的自动测量后，磁场的直流电源工作电压、电流不变化，无法控制磁场。
三、原因分析
磁电设备对磁场的控制系统有3级组成：（1）第一级为电脑，即软件部分，用以设定需要的磁场参数，整个自动测量控制系统都是由这里来控制的；（2）第二级为控制箱，这是连接电脑与电磁铁的枢纽，包括3个数模板，用以将控制信号转换为直流电源能接受的信号；（3）第三级为直流电源，这是接受控制信号、并将其转化为相应磁场的部分。一般各部分硬件寿命较长，因此，工作电压、电流出问题，需检测是否为各级联通部分出故障。
四、维修过程
由直流电源到电脑逐级检查。
1.直流电源。这里要检测的是控制信号输入端，如图2所示，其中1-2口控制磁场的正负，3-4口控制磁场的大小。检测时，万用表调至直流电压档，电脑端分别输入任意一正向扫场场强和一负向扫场场强。当正向场强检测时，1-2口显示应为0V；当负向场强检测时，1-2口显示应为5V。3-4口的示数应随着设定磁场的增大而增大，但无具体数值供参考。若满足该情况，则可能直流电源出现故障；若不满足，则向上一级——控制箱——检测。

图2 控制信号输入端及接口示意图

2.控制箱。首先检测控制箱与直流电源的接线处有无故障。其接口分布如图2（a）所示。其中1-2口控制磁场的正负，3-4口控制磁场的大小。检测时，万用表调至直流电压档，电脑端分别输入任意一正向扫场场强和一负向扫场场强。当正向场强检测时，1-2口显示应为0V；当负向场强检测时，1-2口显示应为5V。3-4口的示数应随着设定磁场的增大而增大，但无具体数值供参考。若结果满足该情况，则是控制箱与直流电源间的导线出问题；若仍不满足，则可能存在两个问题：（1）电脑数模板损坏（2）可能存在短路。
3.对于问题（2）。将控制箱与电脑断开连接，万用表调至蜂鸣档，分别检测1-2口和3-4口内部连线，若无短路，应无蜂鸣声。以1-2口为例，如图2（c）所示，将万用表笔分别放在1-2连线所经过两红圈上，本次检测未发出蜂鸣声，表明1-2口不存在短路。

图3 控制箱接线口及示意图

4.本次检测至步骤3时，无蜂鸣声，因此判断电脑中数模板损坏，将其更换，型号为DA6632。更换过程如图4所示，先将主机箱侧盖打开，再将数模板的固定块取下，旧板拔出后（有一个小插曲是，感叹5年IT硬件发展的变迁，旧板与新板的PCI固定板上卡槽与安装孔之间的尺寸稍微有些差异，无法整体更换，但仔细一看发现二者之间可以交换固定板，于是将卡槽螺丝拆下来装到原来的固定板上），将新板各开关掰下来，然后插入原位置，更换完成，并依次复原。随后对磁场进行了校正，设定为-4V~+4V，200个点，该过程中直流电源工作电压、电流明显随着磁场的线性变化逐渐改变，其中最高电压为88~89V，最高电流在40-50A，正常校准结束后进行自动控制扫场测量未发现问题，至此故障排除。

图4 数模板更换过程示意图

五、原因与建议

分析数模板的损坏原因，很可能来自于电网的尖脉冲或浪涌的冲击；或者由于磁场电源在强磁场工作时遭遇意外断电导致较大的电磁冲击。为了保障设备的稳定运行，要尽可能避免因为供电系统的问题对测量系统的影响，因而建议加装不间断电源系统UPS，有效降低电网干扰对测量系统影响，延长断电情况下的用户处置时间。