板级电路测试诊断技术研究及典型设备研制

板级电路测试诊断技术研究及典型设备研制

于泽麟､蔡华方､韩菁

中车大连电力牵引研发中心有限公司，辽宁省大连市116052

摘要： 随着电子设备的复杂性和功能多样化不断增加，传统的定期检修方法已经显得力不从心，造成了人力和物力的巨大浪费。为解决这一问题，本文针对典型模拟电路进行了在线无损伤的自动化测试，并在性能监测、故障定位与诊断算法方面展开了研究。在考虑方法与设备的通用性和可扩展性的基础上，研制了典型电路测试设备，为导弹单机及板级电路的故障诊断提供了便利。

关键词： 模拟电路；在线无损伤测试；性能监测；故障定位与诊断算法；板级电路

引言： 随着现代电子设备的不断发展，电路越来越复杂，功能越来越多样化。在这种背景下，传统的定期检修方法已经无法满足对电子设备高效、准确、无损伤的测试需求。因此，开展典型模拟电路的在线无损伤测试，研究相应的性能监测、故障定位与诊断算法，对于提高电子设备的测试效率和准确性具有重要意义。

随着技术的发展,电子设备日益复杂､功能越来越多,而采用传统定期检修会造成人力和物力的极大浪费｡本文主要针对典型模拟电路进行在线无损伤的自动化测试,并在性能监测､故障定位与诊断算法方面开展研究,在考虑方法与设备的通用性和可扩展性的基础上,进行典型电路测试设备的研制,并对研制过程中遇到的难点进行分析,为导弹单机及板级电路的故障诊断提供便利｡

1 模拟电路故障诊断方法

在现代电子系统中，模拟电路的故障诊断是确保系统稳定运行的关键一环。模拟电路故障诊断方法的研究与实践日益受到重视，其中包括了多种不同的技术和方法。本节将介绍两种常用的模拟电路故障诊断方法：模拟电路故障诊断和模糊故障诊断法。

1.1 模拟电路故障诊断

模拟电路故障诊断是一种基于电路分析和测试的传统方法，通过对电路的信号传输、电压、电流等参数进行测量和分析，识别电路中存在的故障。该方法通常需要借助专业设备和工具，对电路进行逐步的排查和测试，以确定故障位置和原因。尽管这种方法较为直观和可靠，但在复杂电路和故障情况下，可能需要耗费较长时间和人力成本。

1.2 模糊故障诊断法

模糊故障诊断法是一种基于模糊逻辑和模糊推理的故障诊断方法，通过建立模糊规则库和模糊推理系统，对电路中的故障进行识别和定位。与传统的基于精确逻辑的方法相比，模糊故障诊断法具有一定的容错能力和适应性，在处理复杂电路和多因素影响时表现较为出色。该方法可以通过模糊化、模糊推理和解模糊化等步骤，对电路的输入输出关系进行模糊建模和分析，从而实现故障的有效诊断和定位。

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2测试设备研制及其关键技术

板级电路测试与诊断设备按照工业级标准进行研制,采用模块化设计方法,研制过程主要包括:系统选型､系统结构设计､通用探针板卡及夹具设计､信号调理电路设计､电源模块探针板卡设计与实现､数据采集系统设计及软件设计等｡其中探针板卡及夹具设计､信号调理､数据采集系统设计及软件设计为难点,下文将着重介绍｡

2.1探针板卡设计与实现

本设计中对探针采用三自由度设计以适配于各种电路测试点｡通过夹具可以将电路板固定,对电路板的两面测试点实施定位,并对所有测试点进行二次锁紧,而探针所带的锁紧装置可以有效保证测试点接触可靠｡根据实际电路板测试点规划情况,可以采用定位孔密集阵对测试点进行接触定位,并通过三自由度测试针的微调,实现与测试点的可靠接触｡为了便于电路正反两面测试点的设定,本文采用了180°旋转式针床设计,使得正反两面通过针床旋转都可以使测试人员获得最佳的操作角度｡

为了保证在外加激励信号工作情况下能够实现故障检测和诊断采用探针检测方案｡该方案的主要功能是对规划的测试点进行信号采集,并将采集结果送入计算机,实现信号的处理､显示和存储｡

通过规划得到的测试点进行数据采集,采集得到信号经过放大､滤波､A/D转换,并将转换后的数据送入计算机｡其间需要克服输入信号的连接､高速数据采集､干扰抑制､带通选择､转换精度､采样/保持及计算机接口等问题｡信号送入计算机系统后根据不同要求进行数学运算和信号调理,并将调理后的结果进行显示与存储｡2.2软件设计考虑到电路板测试与诊断的特点,笔者采用Windows平台作为测试计算机的操作系统,电路诊断测试算法采用C语言进行编程,人机界面采用Win32标准编程接口,软件系统采用模块化设计,｡

软件设计过程中的难点是编制测试算法库､测试数据库､故障特征数据库和测试报表数据库｡测试算法库是对单机和单板建立电路特征数据库,如电流､电压和频率特征值,并通过分析输出响应值来判决故障点;测试数据库是对故障进行分类､学习和记忆,以便进行测试记录检索;故障特征数据库是为了记录各种故障特征值,建立故障字典;测试报表数据库是为了记录历次测试结果,并对历史测试状态进行检索,同时提醒操作人员履行设备安全使用条例,以免造成设备损坏和被测对象的损坏｡

3故障诊断实测

基于上述研究,研制了板级电路测试诊断设备｡该设备可在单机多块电路板联合工作时,分别实现各电路板上测试点的数据采集｡系统自检完毕并确认正常后,装填所有电路板并进行单机测试｡如单机各电路板联合测试结果正常,则说明单机正常,测试结束;若单机测试结果异常并无法修复,则开展单板测试｡如果某单板测试正常,则换下一块单板继续测试,直至找到故障单板并修复故障点后,单机测试恢复正常,测试结束｡设备研制完成后,根据失效模式/机理分析结论,确认该板级电路薄弱环节为8个元件(编号:1#~8#),并根据元件相互关系设计了5个测试点｡首先,用PSPICE模拟上述故障原因,可以得到故障征兆向量 ｡然后,计算权数,计算结果可用矩阵[wij]表示如下:[wij]=9.999E-011.857E-082.033E-081.239E-081.793E-089.999E-011.857E-082.033E-082.033E-081.793E-083.259E-093.300E-016.432E-022.842E-013.216E-013.063E-093.093E-016.201E-023.186E-012.101E-016.293E-102.233E-012.916E-012.387E-012.371E-014.272E-091.102E-016.645E-011.130E-011.123E-011.612E-012.159E-012.369E-011.782E-012.084E-016.058E-099.959E-012.919E-021.290E-011.460E-01

如果测量到的观察响应向量为:y*=[3.02.12.211.52.0]  则最大隶属度值为:Lf10(y*)=0.990635  由试验统计结果分析发现,阈值的理想取值为K=0.7,则Lf10(y*)>K,这就意味着出现f10故障,即2#元件开路｡如果测量到的观察响应向量为:y*=[2.1126.0011.24511.515.780]  则最大隶属度为:Lf8(y*)=0.972619>K  由此可知,出现f8故障,即8#元件射极与基极短路｡

4结束语

本文通过对模拟电路故障诊断方法的研究，提出了在线无损伤测试的方案，并研制了相应的测试设备。实测结果表明，该设备能够有效实现性能监测、故障定位与诊断，为电子设备的维护和管理提供了有力支持，具有广阔的应用前景。

参考文献

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