诊断电路故障

关键词： 网络拓扑 故障 模拟 电路

诊断电路故障（精选十篇）

诊断电路故障 篇1

1 模拟电路故障特点

模拟电路故障诊断就是根据现有网络拓扑结构, 将信号输入后检测故障反应, 并据此确定出现故障的具体位置及相应参数。模拟电路信号不同于数字信号, 其受时间的影响较大, 并处于不断变化过程中, 具体而言, 模拟电路信号特点可以归结为以下几点:

(1) 构成模拟电路的元器件一大突出特点就是离散型, 也就是通常所说的容差, 从本质上讲, 就是许可范围内的小故障, 在实践中并不罕见, 其会对模拟电路故障明确性造成一定影响, 从而加大确定故障准确位置的难度; (2) 模拟电路输入及输出具有连续性, 由于故障模型复杂程度较高, 予以量化的难度较大; (3) 通常情况下, 模拟电路频率范围为至, 可见其频率范围较宽, 因此, 就算检测同一信号, 由于原理、具体方法以及相关设备等因素, 结果也会有所区别; (4) 由于现代电路可以用来进行检测的节点数量较少, 用于故障诊断的信息有限, 这就加大了故障定位的难度; (5) 由于非线性问题的存在, 差不多所有实用模拟电路都面临反馈回路和非线性问题, 这也使得测试及计算变得更加困难。

2 现代模拟电路故障诊断方法

2.1 神经网络—小波分析故障诊断法

小波分析故障诊断法基本思路为:借助小波母函数尺度上的伸缩及时域中的平移对信号进行分析, 确定最适宜的母函数, 从而确保扩展函数的局限性, 从这一层面而言, 小波分析故障诊断法属于时频分析法范畴。具体来说, 小波分析故障诊断机理主要包括以下内容:第一, 借助观测器信号奇异性进行诊断;第二, 以观测器信号频率结构变动为依据进行诊断。小波分析故障诊断法对系统性数学模型以及所输入的信号没有特殊要求, 并具有准确度高、运算量小、抑制噪声性能高等优势;然而, 在尺度较大时, 滤波器时域也相对较宽, 受此因素影响, 检测过程中存在时间延迟问题, 此外, 小波基也在一定程度上影响着故障诊断结果。

当前, 神经网络和小波分析结合方式主要有两种:一是嵌套式, 在神经网络中输入变换的小波运算, 从而得到神经网络—小波分析, 该方法将神经网络所具有的自学习性以及小波特征予以有机融合, 不但具有较强的容错性, 同时还具有良好的自适应分变性, 从一定意义上, 该方法对神经网络及小波分析法的应用范围予以了拓展, 并对深入分析和研究模拟电路故障诊断起到积极促进作用。

2.2 神经网络—专家系统故障诊断法

在人工智能应用研究方面, 活跃度及影响力较大的一大课题就是专家系统, 基本工作理念为:第一, 通过一定的规则描述专家知识及诊断经验, 从而得到模拟电路故障诊断专家系统知识库;第二, 以报警信息为主要依据进行推理分析, 并在此基础上明确导致模拟电路故障的主要原因。专家系统具有一定的智能性, 可以对人类专家进行决策的过程予以模拟, 并针对较为困难的问题提出解决建议。然而, 其在实践中也暴露出自身的不足:一是维护知识的难度较高;二是自适应性、学习型以及实时性等方面有待进一步提升。

人工神经网络对于信息采取分散式存储方式, 并且借助网络拓扑结构以及权值分布可以确保非线性映射的实现, 在依托于全局并行处理方式将输入变换至输出, 因此, 对于在模拟电路故障诊断过程中所遇到的复杂程度较高且难以用公式予以描述的非线性关系, 借助人工神经网络可以轻松予以解决。

2.2.1 捕获和显示嵌入式串行总线

随着低速串行总线在嵌入式系统中的使用越来越多, 由于串行总线涉及到相应的协议, 因此需要明确硬件工作是否正常、软件控制是否有漏洞, 同时系统噪声是否会影响到该总线的传输。

目前, 对于I2C、SPI串行总线, 示波器能够迅速捕获其协议, 帮助检测和调试设计。

2.2.2 捕获偶发毛刺

由于目前的嵌入式电路, 速度越来越快, 偶尔发生的异常事件 (例如毛刺) 可能会导致整个系统功能的错误, 目前示波器可以通过峰值检测功能, 直接捕获到窄毛刺, 协助硬件工程师进行电路板调试。

2.2.3 考察微小的信号

对于m V或u V范围的信号进行测试非常困难, 不仅其信号的幅值低, 而且噪声相对较高。可以采用示波器的10X无源探头, 以直到100u V/div的垂直分辨率进行采集。

2.2.4 检查信号的完整性

在硬件电路板测试过程中, 为了保证实际工作环境可靠, 需要对信号的频率和幅度变化、过冲、上升事件、地跳动、串扰等影响信号完整性问题进行详细的测试, 通过采用示波器的光标, 方便进行上述测试。

考虑到人工神经网络自身优势以及专家系统的先天不足, 将二者予以融合是今后研究的一大焦点课题。神经网络专家系统与之前的专家系统相比较而言, 前者属于底层数值模型, 后者则属于高层逻辑模型, 二者间存在较大区别, 对于系统当中所存在的知识表示、获取及推理等问题, 可以模拟专家推理过程, 今后要对针对大型模拟电路的神经专家故障诊断系统进行深入研究。

3 结语

综上所述, 模拟电路使用范围相当宽泛, 诸如自动控制、军工、家用电器等诸多领域均有所涉及, 并且受集成电路发展的影响, 模拟电路变得越来越复杂, 这也对其运行可靠性提出更高要求, 一旦出现问题, 及时确定故障准确位置及类型, 并迅速进行调试及检修, 对导致故障的原因进行深入分析, 从而总结出模拟电路故障特点, 并采取相应的诊断方法具有重要意义。随着科技的发展, 模拟电路故障诊断的力量研究将会更加深入, 相应的诊断方法也将会不断予以改进, 并在实践中得到充分应用。

摘要：模拟电路应用范围相当广泛, 并随着集成电路的发展, 其复杂性不断提升, 模拟电路故障诊断逐渐成为电路理论研究的一大热点问题。本文首先对模拟电路故障特点进行简单归纳, 在此基础上对现代模拟电路故障诊断方法进行了详细阐述。

关键词：模拟电路,故障,诊断方法

参考文献

[1]唐静远.模拟电路故障诊断的特征提取及支持向量机集成方法研究.电子科技大学, 发表时间:2009-12-18.

[2]孙永奎.基于支持向量机的模拟电路故障诊断方法研究.电子科技大学, 发表时间:2009-06-01.

[3]李浩.基于嵌入式系统的模拟电路故障诊断平台研究与实现.西安电子科技大学, 发表时间:2011-01-01.

诊断电路故障 篇2

专家系统和神经网络在道岔控制电路故障诊断中的应用

我国铁路目前尚无对道岔控制电路实施行之有效的自动监测手段,而故障道岔的维修占用了较多的运营时间.在此,利用一定的故障数据,运用专家系统和神经网络技术相结合的`方法,采用Visual C++和Matlab联合编程技术,设计了一套可行的方案.与传统的监测手段相比,本系统能更快速、更有效地处理不同方面反馈来的故障信息,从而大大提高了故障的诊断效率.

作 者：曹宏丽 岳丽丽 杨福元 作者单位：兰州交通大学,自动化与电气工程学院,硕士研究生,甘肃,兰州,730070刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(1)分类号：U2关键词：专家系统 神经网络 道岔控制电路 故障诊断

模拟电路的融合智能故障诊断 篇3

关键词：故障诊断；模拟电路；神经网络；专家系统

传统的人工电路诊断技术已经无法满足现代电子电路的发展状况，如何运用模拟电路有限的可及点对于模拟电路内部的故障进行有效、快速的诊断是亟待解决的问题，本文涉及的模拟电路智能故障诊断系统的特点主要表现在诊断的精度高、灵活的诊断形式以及诊断的应用适应性强的特点。在实际操作中，不断总结经验，最后，将各个子系统融合优势发挥到最大，实现智能故障诊断的高精度、高适应性以及高灵活性。

1.模拟电路诊断技术的现状

目前，在模拟电路发生故障后，需要对所发生的故障进行及时诊断，这样做的目的是为了更加高效地进行检修、调试以及替换，可以大大提高工作效率。不同设备的模拟电路要求不一样，对于某些用于重要设备的模拟电路，需要进行故障的预测，也就是在电路进行正常工作的过程中，需要对正常工作进行持续不断的检测，这样可以有效确定出一些部分的元件将要失效，这样可以在设备发生故障之前，将将要失效的元件替换掉，可以有效避免故障的发生。然而，以上所述的内容，在人工诊断技术的层面无法满足设备的需求，所以，目前亟待解决的一个重要问题就是需要对模拟电路故障的自动智能诊断问题。

2.模拟电路智能融合诊断模型

BP网络具有极强的泛化能力，可以解决和判断断路状态属于那种类型的故障，因此会选取BP网络进行初级诊断。但是BP网络算法却是按照梯度下降搜索算法，其对于初始权向量异常敏感，而且非常容易陷入局部困境之中。BP网络算法与传统的搜索算法进行比较，遗传算法更具有鲁棒性，而且会受到函数可微与连续的限制。可以通过传统的遗传算法来对BP网络进行优化，从而得到初始化权值和网络分布，这样便可以比较好的克服BP网络存在的问题，并且可以有效提高神经网络的泛化性。我们采用BP网络初次诊断时，需要对不同的电路故障进行分类，然后再进行深层次的故障诊断检测，通过遗传的BP网络诊断选取训练样本，其主要是将选取的样本与网络的输入不同，而且在不同故障进行观测的时候，需要有针对性的进行识别，仔细辨别不同的网络故障之间的重要信息系统差异。

3.模拟电路智能融合故障诊断方法

3.1诊断训练样本选取

如果在BP网络中的某一个元件出现了软故障，直接会导致该故障元件应故测量值与电路中的测量值存在较大的差异，就算是根据应故障特征训练出的网络，其也无法做到对软故障诊断。电路中如果某一元件的所有参数都符合相应的正态分布，那么根据随机分量线性组合理论，我们可以知道该元件是正态分布中的随机变量。如果电路中出现硬故障，当对容差电路进行测量时，得到的测量特征值都是标称值特征向量中心子空间。电路中元件每个状态都可以应用样本中心进行训练，然后利用神经网络的容错性，可以在分类时将样本中心训练点一定范围集中起来，并统一的归纳为训练样本集。模拟电路中的特征参量容易受到容差和软故障的影响，从而使得神经网络出现较大的矢量干扰，如果故障元件相同或者容差环境相同，那么特征参量的规模越大，那么产生的容差干扰就越小。

3.2智能诊断方法的融合

首先，通过优选激励和测试节点以及增加测试信息等方法提高模拟电路可靠性。如果是理想的拓扑结构只需要少量的测试点就可进行故障诊断，但实际情况往往是拓扑结构不理想，使得无论怎样选择节点仍有大量的支路故障不可测。通过优选机理对测试节点进行弥补，如为频域分析则主要选择具有特征的频率反映电路故障。如为时域分析则选择噪声信号以激励被测电路。增加测试信息也是提高电路可测行的有效手段。可以有效的避免误诊断，获取大量的故障特征而对电路故障做出准确判断。其次，当确定了测试方案后将各类的测试数据进行优化处理得到不同类型的输入特征参量。然后将这些输入特征参量输入一个独立的精神网络，用此方法可对电路进行初级故障诊断。BP网络具有良好泛化能力，广泛的用于电路故障类型分类。通过遗传BP网络的初级诊断后，可以得到电路故障状态的可能性。然而，由于各个遗传BP网络训练样本与网络输入的不同，且不同的故障在不同的测试信息上体现程度的强弱也有差异，因而每一遗传BP网络故障分类器对不同故障的识别正确程度也有较大的差异。可通过遗传算法优化BP网络，遗传算法具有全局性搜索的特点，可较好的寻找适合的网络连接权和网络结构。完成电路故障的初级诊断后用模糊积分的方法在精神网络所输出的重要信息程度基础上进行决策融合。使得融合效率与诊断方法更加适应，准确定位故障。模糊积分方法是利用模糊集合知识综合考虑客观证据与主观评价的一种决策层融合方法。此方法适用于处理不确定性信息。使用模糊几分对多分类器记性融合时，不同的模糊测度对应不同的融合函数。如模糊测度值选择适当，融合后的分类性能比最优的单个分类器性能好。构造模糊测度，需先获取模糊密度。模糊密度是信息源对系统最终决策的重要程度，对于诊断系统，模糊密度值可认为是各遗传神经网络对故障诊断的重要性评价。通过将训练好的遗传神经网络分类器，分别独立进行在不同故障下的样本识别检验，利用每个遗传神经网络对各个故障的正确识别率作为该网络对各故障的分类信息的重要程度。

4.结束语

对于模拟电路的故障问题研究日益深入，尤其是当前模糊理论、BP网络以及遗传算法等在模拟电路中的广泛使用，使得这些对于模拟电路的故障诊断存在着较强的鲁棒性，如此便可以提高故障定位的准确率。尤其是对于这种大规模和超大规模的模拟诊断电路来说，其更加显得优越性。本文主要针对模拟电力的故障诊断模型、智能融合诊断的方法进行介绍，希望能够获取对模拟电力故障诊断更加优越的对策。

参考文献：

[1]杨士元.模拟系统的故障诊断与可靠性设计[J].科技与企业，2014

数字电路的故障及其诊断 篇4

1 数字电路及其故障特点

数字信号在数值和时间上都具有离散性质。数字电路能够实现对数字信号的处理任务。数字电路对信息的阐述可以用两个状态元器件完成, 数字电路本身的结构非常简单, 并且元器件存在较大的分散性参数。检测的事物相对复杂, 主要体现在待测电路存在大量的输出和输入变量, 可能大于一百个变量;对电路响应来说多数是时序的, 有的是组合型;集成电路的元器件和门都被安装在芯片里面。从物理角度来看, 其存在很多弊端, 不可以对逻辑电平、输入输出波形进行直接测量。类似模拟集成电路, 仅仅可以在芯片的外部对其测试, 而不能对数字IC内部电路进行测试。所以, 必须及时寻找出一种能够简单的完成对芯片内部进行检测的方法。

2 产生故障的主要原因

(1) 对集成数字电路来说, 负载能力范围是一定的。下面将详细介绍, 一个常规与非门的输出低电压可以带同类门的最大限度是10个, 但是实际生活中这个输出电压所带的门远大于理论值。从而导致电路输出的低电压快速上升, 破坏了电路, 不能稳定运行。输出高电平亦是如此。这种情况不应该发生, 为了避免这种情况发生, 只使用高负载的集成电路。

(2) 集成电路的运行效率低。只有当第一组信号通过集成电路, 并在电路内部的延时作用下稳定地输出到输出端时, 第二组信号才可以进入。造成电路运行效率低的原因在于电路内部存在延时。如果输入脉冲很高时也会导致输出端不稳定。检测这一问题的过程相对复杂。因此, 在设计逻辑电路时要采用运行效率高的集成电路。

3 数字电路故障检测与诊断的策略

(1) 故障检测与诊断的隔离。检测数字电路问题, 第一步应当根据故障基本特点, 最大程度地减少问题出现区域, 也就是故障诊断与检测的隔离。这一环节对数字电路故障的检测十分重要。在检测过程中, 检测电路故障的关键之处是逻辑诊断与检测。一般而言, 如果电路信号消失了, 那么可以使用检测探头完成电路信号连接的线路实施诊断与检测工作, 从而快速找到消失的电路信号, 并且检测探头上都安装了逻辑存储装置。这样以来, 就能对数字电路上具体的脉冲信号活动情况进行诊断与检测。如果出现了电路信号, 就会被探测器上的逻辑储存装置记录下来, 并通过显示器显示出来。这说明数字电路上的脉冲信号可以检测与诊断, 缩小电路故障范围, 来找到电路故障位置。另外一种能够有效的诊断和检测数字故障方法是逻辑分析。借助逻辑分析仪对数字电路中的设备进一步检测, 仔细分析电路运行时所产生的数据和它的输入输出情况。通常情况下, 需要提供多次逻辑分析过程, 当然也可以快速移到你觉得有故障的位置对其进行分析检测。根据逻辑分析仪显示的结果, 可以将数字电路故障范围缩小到电路元件或电路块上。

(2) 故障检测与诊断的定位。数字电路故障诊断与检测时关键是进行合理的定位。通常情况下, 当电路故障范围被缩小到某一电路元件时, 就能使用逻辑探头、脉冲检测仪等来对数字电路故障所产生的影响进行分析, 借助这些仪器来确定故障的具体位置。通过逻辑探头对数字电路上的脉冲信号进行检测, 分析电路输入、输出信号情况。根据获取的信息判定数字电路的运行情况。以上研究表明:数字电路在工作时, 线路的每一个部分都存在着低电压和高电压, 二者能够进行转换。在使用逻辑探头等仪器对电路进行检测时, 如果有信号, 那么这个工作电路是正常的。一般情况下, 数字电路偶尔会发生故障, 所以, 电路信号的时序不需要经常检测, 因为对电路上有无脉冲的检测就说明出数字电路的工作情况。

(3) 电路故障的诊断技术。实际上, 相对于数字电路故障的检测而言, 其诊断比较简单。这是因为除了三态电路以外, 其输入、输出状态仅有高、低电平两种。在对数字电路故障进行诊断时, 首先我们可以进行动态测试, 逐步缩小故障的范围。然后, 再进行静态测试, 进一步查找故障的具体方位。这就要求我们在检测和诊断电路故障时, 要有适当的信号源以及示波仪器, 而且示波仪器的频带一般应当大于10 MHz, 同时要仔细观察数字电路输入、输出的具体情况。另外, 能够采取顺序方式来检测和诊断数字电路, 并对照预期结果进行比较分析。在数字电路动态检测时, 要不断缩小电路故障范围。当遇到非周期信号时, 要通过逻辑分析仪器等对电路工作状态进行检测分析。通常来说, 数字电路中的各个输入端口是由若干个逻辑门组成的, 输出端口也具有几个逻辑门。虽然电路故障相同, 但可以是多种的原因导致。数字电路的故障检测中, 如果元件的静态电位正常, 动态波形异常, 则可以认为是元器件出现故障, 需要换一个新的元件。但在实际生活中, 并不一定是这一原因引起的。所以在遇到这一情况时, 先别急着换成新的元件, 要对提供输入信号元件以及计数器本身的负载能力进一步检测。在断开计数器输出负载时, 看它是否正常运行, 如果正常运行则说明是计数器坏了, 需要换一个计数器。但是如果在其断开后仍不能稳定运行, 就应当对输入计数器的波形和信号进行检测, 检测其是否出现问题。

4 结语

总之, 数字电路得到了极为广泛的运用, 极大地提高了电器的使用和质量, 也促进了电器产品性能的进一步提高。但是, 我们必须清醒地认识到, 数字电路运行过程中依然存在这样那样的故障及问题。因此, 我们必须高度重视故障的检测与诊断, 积极探索行之有效的策略措施, 全面提高数字电路的应用水平和和运行质量, 不断拓宽其使用范围。

摘要：数字电路当前在机电产品中得到了广泛的应用, 数字电路的应用极大地提高了电器的使用和制造质量, 促进了产品性能的提升。加强数字电路故障的特点及检测与诊断的研究有助于提升数字电路的应用水平, 提升数字电路的应用质量, 拓展其应用范围。

关键词：数字电路,故障检测,诊断

参考文献

[1]姬昌.数字电路的故障检测与诊断初探[J].科海故事博览, 2009 (2) .

[2]蔡万清.关于数字电路的故障检测技术研究[J].中国科技纵横, 2010 (4) .

[3]李方明.数字电路的故障检测与诊断。百度文库, 工程科技, 2013.

[4]张万里, 杨烨.数字电路常见故障类型与检测方法及技巧分析[J].数字技术与应用, 2012 (6) .

初中电路故障分析教案 篇5

指在“0”刻度线不动，电压表指针则有明显偏转，该电路中的故障可能是

A．电流表被烧坏了 B．灯泡L1的灯丝断了

C．两个灯泡都断路 D．灯泡L2的灯丝断了

例题2小星用图7.1.2所示的电路来探究串联电路的电压关系。已知电源电压为

6V，当开关S闭合后，发现两灯均不亮。他用电压表分别测a、c和a、b两点间

的电压，发现两次电压表示数均为6V，由此判定灯_______（选填“L1”或“L2”）

开路，用电压表测b、c两点间的电压，示数为___

例题3：如图2所示的电路中，电源电压保持不变。闭合开关S后，灯L1、L2都正常发

光，一段时间后，其中一盏灯突然熄灭，观察电压表的示数不变，而电流表的示数变小。

产生这一现象的原因是

A. 灯L1开路B. 灯L1短路C. 灯L2开路D. 灯L2短路

例题4、在图所示的电路中，电源电压保持不变。闭合电键S，电路正常工作。过了―会儿，

一个电表的示数变大，另一个电表的示数变小，则下列判断中正确的是

A 电阻R一定断路。B 电阻R一定短路。

C 灯L的亮度可能不变。 D灯L可能变亮

巩固练习：

1在如图所示的.电路中，当闭合开关S后，发现两灯都不亮，电流表的指针几乎指在零

刻度线，电压表指针则有明显偏转，该电路中的故障可能是

A．灯泡L2短路

B．灯泡L2断路

C．灯泡L1断路

D．两个灯泡都断路

2）如图所示电路，电源电压不变，闭合开关S，灯L1和L2均发光．一段时间后，一

盏灯突然熄灭，而电流表和电压表的示数都不变，出现这一现象的原因可能是

A 灯L1断路B．灯L2断路C．灯L1短路D．灯L2短路

3在如图所示的电路中，电源电压不变，闭合开关，电路正常工作。但过了一段时间，小灯

泡发生断路，这时

A．电压表示数变大，电流表示数变小

B．电压表示数变大，电流表示数变大

C．电压表示数变小，电流表示数变大

D．电压表示数变小，电流表示数变小

4在图4所示的电路中，闭合电键S，电路正常工作。一段时间后灯L熄灭，一个电表的示

数变大，另一个电表的示数变小。将两用电器位置互换后再次闭合电键S，两个电表指针均

发生明显偏转。若电路中只有一处故障，且只发生在灯L或电阻R上，则

A 灯L断路 B 灯L短路C电阻R断路D 电阻R短路

5小青在探究“怎样用变阻器改变灯泡的亮度”时，连接的电路如图6所示。闭合开关后，灯泡不亮，她用电压表进行电路故障检测，测试结果如右表所示，则电路中的故障可能是

A电灯短路 B电灯断路 C开关断路 D 滑动变阻器断路

6 如图所示电路，闭合开关S后，发现灯L1不亮，L2正常发光。此电路的故障可能是

A．开关S接触不良B．电灯L1灯丝断了C．电灯L1短路 D．电灯L2短路

7如图7所示电路，电流表的量程较大，闭合开关时，发现电流表指针几乎没有偏转。某

同学拿一根导线去查找电路故障，他将导线并接在bc、cd 、ed 两端时，电流表指针没

有发生偏转；将导线并接在ab 两端时，发现电流表指针发生了偏转，由此可知电路故障

可能

A．e点断路 B．R1 断路

C．电流表短路 D．R2 断路

8在图所示的电路中，电源电压不变，闭合电键K，电路正常工作，一段时间后，发现其中

一个电压表示数变大，

A．灯L可能变亮 B．灯L亮度可能不变

C．电阻R可能断路 D．电阻R可能短路

9在图所示的电路中，电源电压不变。闭合电键K后，灯Ll、L2都发光。一段时间后，

其中的一盏灯突然熄灭，而电压表htTp://V1的示数变大，电压表V2的示数变小。则产生这一

现象的原因是

A．灯L1断路 B．灯L2断路

C．灯L1短路 D．灯L2短路

A. 开关断路 B. 开关短路C. 变阻器断路D. 灯泡断路

10小明在使用手电筒时发现小灯泡不亮，进行检修前，他对造成该现象的直接原因进行了以下几种判断，其中不可能的是（ ）

A．开关处出现短路 B．小灯泡灯丝断了C．小灯泡接触不良 D．电池两端电压过低

11在测量小灯泡电阻的实验中，小明按图6所示的电路图连接好电路后，闭合开关，发

现：灯不亮，电流表没有示数，电压表有示数。电路中的故障可能是

A．灯泡发生短路 B．灯泡发生断路

C．变阻器R发生短路 D．变阻器R发生断路

12如图所示是小红测定小灯泡电阻的电路图，当闭合开关S时，发现灯L不亮，电流

表、电压表均无示数。若电路故障只出现在灯L和变阻器R中的一处，则下列判断正

确的是

A. 灯L短路 B. 灯L断路

C. 变阻器R短路 D. 变阻器R断路

13．在如图所示的电路中，电源电压保持不变。闭合电键S后，电路正常工作。过一会儿，

灯L熄灭，两个电表中只有一个电表的示数变小，则下列判断中正确的是

A．可能性是灯L断路B．可能性是电阻R断路

C．一定是灯L短路D．一定是电阻R短路

14某同学测小灯泡电阻的电路如图5所示，其中电源电压为4.5V。他按电路图正确连接好

实验电路，并检查各元件完好。然后闭合开关S，发现灯泡很亮，且电压表的读数为4.5V。

造成该现象的原因为是_______。

15如图所示，电源电压不变，闭合开关S，电路各元件工作正常。一段时间后，若其中

一只电压表示数变大，则

A．另一个电压表示数变小

B．其中有一盏灯亮度不变

C．灯L2可能断路

诊断电路故障 篇6

【摘要】新型舰船列装的电子装备通常包含有大量的电路板，这些电路板具有很高的技术含量和复杂的结构原理，传统的电路板故障诊断方法难以满足新型电子装备的保障需求。本文综合新兴的检测技术和故障诊断技术，结合舰船电子装备维修保障的实际，给出了模拟电路板和数字电路板多种形式的综合检测与故障诊断方法，系统地为舰船电子装备故障电路板提供了可参考的诊断策略。

【关键词】电子装备；电路板；测试与故障诊断

1.引言

近年来，随着海军舰艇的不断更新换代，大量高新技术电子装备不断装备于海军舰艇、潜艇部队。在部队的舰员级和基地级维修保障中，这些电子装备的维修过程中通常会有大量的故障电路板被替换下来，部队现有的维修保障能力和传统的维修手段很难完成这些电路板的维修，急需研究新型复杂电路板的综合诊断技术，以便快速、准确、及时的修复故障板件，为部队的日常战备和训练任务提供有力保障。

舰船电子装备的电路板通常都是极其复杂的模拟电路、数字电路和应用软件组成的电子系统。特别是新型装备的电路板通常都是高度集成的模拟或数字等电路系统，简单、单一的故障诊断技术难以完成多样化的故障诊断，这些电路板的诊断需要综合传统与新型的多项故障检测与诊断技术来进行诊断。一般来讲，模拟电路与数字电路的差异性很大。数字电路主要涉及高低电平的检测与故障分析，检测与诊断相对简单。模拟电路由于要涉及信号的幅度、频率、波形、相位等诸多参量，具有故障模型复杂、可测节点少、计算量大、存在容差和非线性等问题，故而检测与诊断要复杂得多。基于以上原因，模拟电路与数字电路需要采用不同的检测与故障诊断方法。

2.模拟电路板诊断策略

模拟电路板的故障诊断一般可分为在线诊断（实时诊断）法和离线诊断法[1]。在线诊断法通常具有诊断迅速，定位区域大的优点。离线诊断一般来讲具有较小的定位区域，但其定位的故障通常具有唯一性。目前应用的模拟电路故障诊断方法，既有常规的故障诊断方法（又称传统故障诊断法），也有近些年大量发展起来的模拟电路故障诊断新技术。

2.1诊断的常规方法

常规的诊断方法通常可分为测前模拟诊断法、测后模拟诊断法和介于二者之间的逼近法和人工智能诊断法。

（1）测前模拟诊断

测前模拟诊断法在对模拟电路进行现场测试之前就完成了故障诊断的主要计算工作，所以测前模拟诊断法的优点具有实时诊断能力。在测前模拟诊断中，我们常采用的故障诊断方法有故障字典法和似然法[2]。故障字典法依据模式识别原理，首先要将电路的各种故障与其相应电路特征进行逐一对应建立故障字典，诊断时根据实际测量的信号和设定的判决准则查故障字典即可判定故障情况。故障字典法的优点：实用性强，应用灵活，测点需求少，一次性计算。缺点：故障经验全覆盖难，储存所需空间大，不容易开展大范围测试。故障字典法很少应用于软故障和多故障的诊断，即便是仅应用在硬故障的诊断中，该方法也因为受到模拟电路的测量误差和元器件本身容差的影响，导致诊断效果大打折扣，远不如在数字电路中应用该方法效果好。

（2）测后模拟诊断

测后模拟诊断是在对电路系统进行测试后，再根据所测量到的数据和参数信息对电路进行模拟和故障诊断的方法。测后模拟诊断常采用的故障诊断方法有元器件参数识别法和故障验证法。

故障验证法在诊断过程中首先估测电路中的故障位置，之后根据所测得的少量故障数据信息来验证估测的正确性。如果验证错误，则扩大估测范围或改变估测位置继续诊断。优点：完成诊断仅需获取少量故障信息，实施方便，应用前景较好。缺点：“估测”次数多，所需计算量大，很难实现实时诊断。

元件参数识别法的本质是系统参数估计，该方法首先获取能够满足诊断要求的相互独立的系统数据，再依据电路系统网络的结构针对系统内各元器件的参数进行估测或解算，当得出的某个元器件的参数不在事先规定的容差范围内，则判定该元器件故障。由于元件参数识别法需要通过解算电路网络中全部元器件的参数来确定系统中的全部故障元器件，故而诊断的计算量很大，诊断系统的实时性很差。

（3）逼近法和人工智能

逼近法主要有概率统计法和优化法，其中概率统计法属于测前模拟诊断法，优化法属于测后模拟诊断法。优化法多用于软故障的诊断，该方法通过应用合适的目标函数估测出发生故障可能性最大的元器件。逼近法通过选择不同的目标函数，我们可以对应采用不同的方法。逼近法的主要优点是能够诊断多故障，主要缺点是在线计算量过大。

人工智能（又称专家系统）的建立与故障诊断过程包含了测前模拟和测后模拟两个过程，其中电路系统的故障特性收集和处理属于测前模拟过程，故障推理搜索等过程属于测后模拟过程。人工智能的方法优点是诊断效率高，可以应用于运用网络理论难以诊断的电路系统。缺点是无法满足故障的实时诊断需求。

2.2诊断的新技术

（1）人工神经网络

人工神经网络（ANN）是一种近年发展起来的新技术，在智能故障诊断等多项领域有着较为广泛的应用。人工神经网络是一种人工系统，该系统通过采用物理上能够实现的系统、器件或当前的计算机技术对人脑的功能和结构进行模拟来完成任务。当前发展的神经网络模型有几十种，在故障诊断领域常用的模型有误差后向传播网络（BP）、自组织特征映射网络（SOFM）和Hopfield网络等。这些网络结构有的可以有效解决非线性问题；有的可以解决正常器件容差范围内的多故障问题；有的能够实现针对单或多、软或硬故障实现快速而有效地故障识别与定位。

（2）小波变换

小波变换法是一种针对信号的时——频分析方法，该方法采用适当的小波母函数通过在尺度进行伸缩和时域上进行平移来分析信号。小波变换的诊断机理主要包括三个方面：一是通过分析观测信号的奇异性实现故障诊断，二是通过分析观测信号频率结构的变化实现故障诊断，三是通过对脉冲响应函数进行小波变换实现故障诊断。在诊断中，我们通常会先用小波变换法对系统的信号进行小波预处理器，以便有效地提取故障特征信息，之后再用故障分类处理器来处理这些信息以进行故障诊断。小波变换法的优点：无需建立对象的数学模型，运算量相对较低；对系统的输入信号要求不高，具有较强的噪声抑制能力；故障检测灵敏度高，故障诊断准确可靠。缺点：在进行大跨度的检测时会有较大的时间延迟；系统的诊断结果会因为采用不同的小波基而受到影响。

（3）模糊理论

模糊理论着重研究模仿人类大脑在概念和推理等方面所具有的形象思维与模糊定性能力。该诊断法在故障征兆空间和原因空间之间凭借专家经验建立模糊关系矩阵，然后组合每个模糊推理规则产生的模糊关系矩阵，依据设定的阀值来判定故障部位。在模拟电路的故障诊断中，器件的非线性、容差和电路的噪声都会引起故障本质与故障征兆的关系产生模糊。这种情况下，就需要我们利用模糊故障诊断法给出故障产生的可能性、故障的位置和故障的程度。模糊故障诊断法的优点：能适应不确定性问题；能够根据模糊度的高低给出进行了优先度排序的多个解决方案。

（4）分形理论和遗传算法

对于模拟电路板的故障诊断，我们一般需要获取电路板工作状态的各种特征信号，而这些用来反映设备运行状态的特征信号通常是在一定尺度内具备分形特性的不规则信号[3]。一般来讲，分形理论体现了不规则信号在整体与局部的自相似性，我们可以通过覆盖的方法计算信号的分维数，再把信号的分维数作为故障特征进行诊断。分形理论是复杂系统故障诊断的良好方法。使用分形理论可以使诊断中信号特征的提取数量大幅减少，该方法与神经网络和小波变换综合应用，能有效增强模式识别的可靠性和有效性。

遗传算法是一种新发展起来的模拟自然优化机制的全局优化搜索算法。遗传算法可用来解决许多高度复杂的问题，在模拟电路故障诊断中应用遗传算法可以提高推理速度，并能在样本数据稀少和先验知识不足的条件下增强智能故障诊断系统的实用性。遗传算法的优点是简单通用，种群规模小，收敛性好，全局搜索能力强，可用于并行处理。

（5）信息融合技术

随着模拟电路新技术和元器件技术的发展，在模拟电路的故障诊断中，常会因为电路可测节点不足或测试手段限制而导致诊断所能使用的测试信息十分有限，进而降低了故障诊断的准确性。信息融合技术可以针对不同类测试信息提取诊断信息，也可以利用不同特征变换方法从不同侧面提取样本集合包含的诊断信息，最后通过合适的集成方法对提取的诊断信息进行融合。将信息融合技术运用到模拟电路故障诊断系统，能将不同的诊断信息进行有效融合，很好地解决测试信息不足的问题。

3.数字电路板诊断策略

在数字电路板的故障诊断中，我们进行故障诊断的基本思想是向被测电路板关键测试点注入测试矢量，再通过一定的算法和运算规则等对相应的输出响应进行分析处理，最后确定故障的类型以及在电路中发生故障的位置。针对不同的数字电路板，由于其功能、结构特点及故障特点各不相同，因此我们采取的故障诊断方法也不同。此外，在数字电路板的故障诊断中，也可以使用类似模拟电路诊断中所采用的故障字典法进行故障诊断，两类电路关于故障字典建立的方法和故障诊断的方法大致相同，这里不再赘述。

（1）基于故障树的功能测试法

功能测试法是指自动测试设备（ATE）通过接口测试适配器与被测电路板的主输入输出接口连在一起，由自动测试设备给被测电路板施加激励信号（功能测试向量），将所得结果与预期结果比较就可知道被测板是否有故障[4]。一般来讲，很多电子装备的数字电路板电路结构可以抽象为树状层次结构。对这类数字电路板的故障诊断可以依照电路的层次结构依次往下执行，直到找到最小故障单元为止。对某一级或某一层次电路的故障诊断，我们常用的方法是功能测试法。采用故障树与功能测试相结合的故障诊断方法优点是故障检测速度快，故障诊断效率高。该方法不仅可以检测出电路板的功能性故障，还可诊断出电路板的内部连接线等非元器件故障。

（2）替代测试法

替代测试法就是利用已知完好的元器件替代电路中起关键或重要作用的疑似故障器件，然后依据电路的工作原理给被测电路板输入激励信号，再采用功能测试法对电路板进行故障诊断。替代测试法运用的是器件隔离的思路，对关键、重要器件进行适当的隔离常常能够方便快捷地诊断器件本身和其它相关联的电路系统。替代测试法主要应用于具有特定结构的电路板的故障诊断，如对于拥有一个或多个核心控制器件对整体或局部电路进行控制的数字电路系统常可采用针对关键、重要件的替代测试法。

（3）穷举与伪穷举测试法

穷举测试法（也称群举测试法）在测试时首先要在被测数字电路的输入端分别输入全部可能的测试矢量，然后检测电路系统的输出是否与原电路所设计的逻辑功能相符[5]。在数字电路的故障诊断中，穷举测试法常用于组合逻辑电路的测试与诊断。使用穷举测试法进行测试时无需产生测试矢量的算法即能测试逻辑电路的全部功能，且故障检出率能达到百分之百。但是当数字电路系统输入测试矢量的维数过大时，系统的测试工作会因为工作量过大和测试时间过长而难以完成测试与诊断任务。

为了降低测试工作量，减少测试时间，常常用伪穷举测试法来代替穷举测试法。在伪穷举测试法中，通常先将待测电路系统进行分块处理，确保每一个分成的子电路块都能采用穷举测试法进行测试，之后在穷举测试法的基础上对电路系统进行测试与诊断，完成诊断工作。伪穷举测试法在一定程度上既具有穷举测试法的优点，同时又克服了穷举测试法工作量大和测试时间长的缺点，具有很强的实用性。

（4）边界扫描测试法

边界扫描测试（BST）是一种扩展的自测试技术，该技术是专门针对复杂数电路板故障诊断与测试难题而设计的一种测试法。边界扫描技术将可测试设计直接设计到电路板的器件内部，在器件引脚和内部逻辑之间插入标准的彼此串联在器件的边界构成移位寄存器的边界扫描单元以用于测试。边界扫描测试并不适合对所有的数字电路进行测试，该方法只能对具有边界扫描结构的数字电路板进行测试，并且也只能对板中与边界扫描链相连的外围集成电路芯片进行测试。边界扫描测试法测试时需在测试时钟的控制下通过测试数据入口将激励信号串行输入，然后通过边界扫描链中的边界扫描单元（即边界扫描通路）将激励信号作用于外围各集成电路芯片，然后将其响应数据通过数据输出口串行输出，同时通过对串行输出结果进行分析处理，最后确定外围各芯片是否有故障。

边界扫描测试法的优点是测试能力强、经济快速、自动化程度高、通用性好、故障覆盖率和测试精度高、对测试系统要求低等。该方法非常适合用于针对集成度较高的复杂数字电路板进行的测试，特别是对于含有复杂可编程器件的数字电路板很容易完成故障的测试与诊断。边界扫描测试法的缺点是测试仅适用于带边界扫描结构的芯片的数字电路板。

（5）仿真测试法

对于一些具有特定电路结构的电路板（如整个或局部电路工作状态受关键器件控制的电路板），我们可以采用仿真测试法。用仿真测试法进行诊断时，只需获取关键器件的控制权就能控制电路板的整个或局部电路的工作状态，进而迅速准确地诊断电路板。该方法的优点是避免了繁难的测试算法，对于不同的电路板进行测试与诊断时所需的硬件结构很少变化，需要变化的只是依据每个电路板的不同结构编制不同的测试流程图，开发不同的测试程序集（TPS）。进行测试时，我们只需将测试程序加载到数字IO中就能开展不同电路板的故障测试与诊断，方便、准确、高效、快捷。

4.结语

本文针对舰船电子装备电路板的故障诊断进行了分种类、多策略的故障诊断方法研究，其中一些方法在电子装备的故障诊断中已经取得了较好的应用效果。由于大量舰船电子装备电路板的技术先进、原理复杂，数字与模拟电路相互融合、硬件与软件联接紧密、超大规模集成电路与可编程电路综合应用，这些都需要在故障诊断中综合应用多种测试与诊断技术，根据电路特点合理选择方法，才能完成好舰船电子装备电路板的测试与故障诊断。

参考文献

[1]谢涛.基于神经网络和小波变换的模拟电路故障诊断理论与方法[D].湖南大学硕士学位论文.2007

[2]欧阳宏志，廖湘柏，刘华.模拟电路故障诊断方法综述[J].电子科技， 2008，（12）：75～80

[3]鲁长江.带微处理器的复杂雷达电路板仿真测试技术研究[D].电子科技大学硕士学位论文.2010

[4]刘小波.雷达数字电路板故障诊断研究及实现[D].电子科技大学硕士学位论文.2010

数字电路故障诊断及处理技术 篇7

1 数字电路及其故障特点

数字信号是通过几个定义的离散时间信号来表达离散值。而处理离散信号电路是通过数字电路来完成的。数字电路的表示信息就是一个元件显示两种不同的状态。电路单元就是高电平和低电平, 这是较为简单的电路。而复杂的电路就是输入电路很多, 因此在等待检测的时候也很多, 并且电路都是有序组合。一般情况下, 在一个芯片里, 安装了很多的记忆元件和电路门, 那么从物理上来分析, 将考虑到很多缺陷, 比如, 当去对某一个元件进行测量或者观察时, 很不方便, 难度就在于对输入或输出及电平的元件上不好观察, 对此, 需要找到一种比较简便的、又能很准确的测量出其中元件故障的方法。

因此, 要首先对数字电路特点的了解, 特别逻辑电路较为复杂, 如果说是简单的数字电路, 那么主要就是对输出和输入间的反馈连线进行分析, 而对组合的逻辑电路, 将要考虑到其中的输入信号问题, 这与简单的电路就不一样了, 因为这电路是通过触发器的存贮功能组成的电路记忆和表达的。这存贮电路是需要对输入的一端收到输出端的反馈信息后, 电路的输出是由输入端和输出端来共同决定。

2 故障原因

数字电路故障原因是很多的, 除了元件的损坏、老化、接触不良出现电路中的逻辑功能问题外, 还有元件中出现短路、假焊、虚焊等原因。如, 电子元器件出现老化, 参数性能下降, 温度也随着参数性能的变化;电路因电流过大或通常置放于潮湿环境等导致出现被烧焦、短路甚至断线路的现象;还有线路被氧化、线路中的插件松动、焊接不牢固等原因都会导致电路出现故障。

当要保障设备电器能正常的工作, 必要要求温度、湿度、电路置放环境、使用期限、线路正常, 不能出现短路、断线、老化, 并且线路的工作时间等条件达到设备的正常工作要求。如果电路线路老化, 那么, 设备的工作性能下降, 温度升高, 其设备将出现故障。对于逻辑电路的检测中, 如果设备不能按照真值表的正常值工作, 那么可认为其电路出现问题;对于时序逻辑电路, 如不能按状态转换图工作, 则可认为存在故障。

3 数字电路的故障诊断

对于数字电路的检测很简便, 如果故障范围小, 方法可以采用常规检测法, 这可以直接找到故障的具体位置。除此, 还可以应用逻辑、替代等检测方法。

3.1 常规检测

常规的检测方法是利用“问”、“看”、“闻”、“摸”、“测”等来判断故障的大体位置。当前使用的检测设备是:示波器、万用表、信号发生器、逻辑笔、数字电路测试仪、逻辑分析仪等。

常规电路检测, 当发现电路中某元件的动态波不正常, 但是静态电位仍然正常的情况下, 这时候不一定是元件器出现问题, 不需要更换元件, 还需要检测检测设备工具, 是否检测设备本身的问题。如果把计数器的输出负载断开, 检查后能正常工作, 说明计数器负载能力有问题, 可以更换它。如果断开负载电路后有问题, 则要检查计数器的输入信号, 或把输入信号通过施密特门电路整形后再加到计数器输入端, 检查输出波形, 如果采用这样的方式还有问题, 那么就得更换计算器。

3.2 逻辑检查法

逻辑检查法是针对数字电路逻辑故障而形成的检测方法, 主要是利用逻辑电路输入变量的所有可能的取值作为测试码集合, 然后输入逻辑电路并观察电路输出是否符合逻辑功能, 常用的方法有群举测试法和伪群举测试法。

有一些工作经验的电路维修者经直接观察来推理出现电路故障的大概位置。经过问询在发生电路故障时的现象来判断一下发生电路故障的可能原因, 这样做既省时又省力。比如, 电灯突然很亮然后又灭掉了, 我们应考虑可能是短路造成的, 然后查找出现故障的位置, 最后解决问题。

进行数字电路故障检测时, 一般都需要尽快地检测出数字电路出现故障的问题, 以便及时地解决, 先测试电路出故障的关键点, 并记测试的参数值, 再找没有损坏的, 能正常工作的器件, 对相应的关键点的参数值进行测试, 比较两组参数值, 数字电路发生故障的位置就在参数值不同的地方, 而大部分电路的故障发生在很细微的地方。

3.3 替代检测法

如果电路很复杂, 普通的方法检测不出故障时, 用替代检测法来检测电路故障位置。替代检测法就是用同样的电路元器件来替换数字电路里的电子元器件, 不过代替电路元器件的元器件参数性能要好一些, 不然的话仍然没有办法检测出电路故障出现的位置。当质量好一点的电路元器件替换好后, 连接上电源, 观察电路板是不是能正常地工作。假如能正常工作就表明原电路元器件出现了故障, 反之, 就表明原电路元器件没有故障。

4 结语

数字电路得到了极为广泛的运用, 极大地提高了电器的使用和质量, 也促进了电器产品性能的进一步提高。但是, 必须清醒地认识到, 数字电路运行过程中依然存在这样那样的故障及问题。因此, 必须高度重视故障的检测与诊断, 积极探索行之有效的策略措施, 全面提高数字电路的应用水平和和运行质量, 不断拓宽其使用范围。

参考文献

[1]陈洪彦.略论数字电路故障诊断[J].科技致富向导, 2013 (18) .

[2]沈艳猛.试述数字电路的故障及其诊断[J].黑龙江科技信息, 2011 (4) .

[3]魏冲, 祝益芳, 王海军.浅议数字电路故障的特点及诊断技术[J].信息与电脑 (理论版) , 2010 (8) .

[4]李珊琼.关于数字电路故障诊断的探讨[J].计算机光盘软件与应用, 2014 (7) .

模拟电路故障诊断方法研究 篇8

在电子设备中,数字电路比例远远大于模拟电路比例,但是数字电路由于工作相对可靠,故障率低。相反,模拟电路相对来说更容易受到外界等其他因素的影响导致故障概率增大。因此,针对模拟电路故障诊断的研究永无止境。随着计算机技术的发展,各种智能诊断方法层出不尽。其中,最为经典的就是故障字典法。本文在分析故障字典法解决模拟电路故障诊断的基础上,提出了改进措施,改善诊断效果。

1 故障字典法

当前,故障字典法已经比较成熟。其中,在数字电路中的应用很成功,这是因为数字电路有0和1两个状态。但是,在模拟电路中,故障字典法比较适用于电路的硬故障情况。因为模拟电路的硬故障主要是指短路和开路两个状态。可以等同于数字电路的0和1。故障字典法的理论基础是模式识别,其工作流程如图1所示。

2 直流故障字典法

2.1 直流故障字典法的原理

直流故障字典法一般是指在测试之前,先进行仿真电路,当出现故障状态再进行提取与之相对应的电路特征,例如电路的频率特性曲线,各个节点的直流电压等。将故障状态和电路特征一一对应起来,列成一个表,就是所谓的字典。因此,在做故障诊断时,首先获取电路的特征,然后对照字典一一查看,查找出是什么故障。

2.2 直流故障字典法的实施步骤

直流故障字典法分为测前分析和测后分析两个步骤,主要包括以下内容 :

2.2.1 选择故障集

故障集的种类有很多,在电路中选择故障集,应该根据被测电路的特点及过去的经验来选择。在实际的电子电路中,由于元件数和元件软故障的状态数较多,因此多故障的组合数就较大,所以我们把它们都列入到故障集中,这样大大增加了计算机存储字典的内存容量。在实际的电路中如果选择故障集,比较实际的方案就是选择若干单故障和多故障作为故障集。

2.2.2 选择激励信号

通常采用的是与电路板正常工作时施加激励相似的信号作为激励信号。还可以采用多种输入信号的组合的方式,这样可以充分隔离故障集中的所有故障或绝大部分故障。

2.2.3 电路状态的仿真

可以采用实际故障设置或计算机仿真两种方式。在一定激励条件下,通过这两种方式都能够得到电路在正常状态和各种故障状态下各个可测节点的电压。但是采用计算机仿真方式,为了使计算机的仿真结果与实际电路的状态一致,则必须要选用适当的元器件故障模型和模型参数。

2.2.4 处理容差问题

在实际电路中,电路元件参数都具有容差,这样电路的各个可测节点的电压是一个连续的区间,给电路故障状态的隔离带来困难。为了克服元件容差影响,引入模糊集和模糊域的方法来解决。

2.3 直流故障字典法的优缺点分析

2.3.1主要优点有 :

(1)由于计算机技术的飞速发展,计算机的性能也不断提高,因此,对电路的分析以及软件设计技术也趋于成熟,所以应用计算机进行电路的仿真计算是可行的。

(2)在进行电路故障诊断时,不需要对电路的复杂结构和特性进行分析,只对电路的直流偏置进行模拟计算就可以了,因此除了线性电路以外,对非线性电路也同样有效。

2.3.2 主要不足有 :由于模拟电路的电路结构比较复杂,除了硬件故障以外,同时还伴随着软件故障,故障呈多发性,诊断比较困难。

3 最小距离法

最小距离法的原理是 :对n个节点进行测试,得到相对应的n个测试数据,把这些数据组成的测试向量(Vn∈Rn)构成一个n维故障空间,故障集中的k个故障是这n维空间中的k个故障子空间,这些空间的中心为各测试点模糊域中心值。测试以前将各故障子空间的中心值存起来,构成字典,然后取得一个测试矢量Vn* (相当于n维空间中的一个点 ),接下来对照字典一一查看,查找出是什么故障。其实也就是判别Vn* 这个点落入哪个故障子空间中,即该点距哪一个故障子空间中心的距离最小。距离定义见公式(1)。

其中中在第i个测试点上的测量值,Vi (Fj) 是故障Fj在第i个测试点上的模糊域中心值。

4 改进方案

由于元器件的容差可能导致模糊域的中心值不够准确,那么经过将电路所有的SSD进行计算比较得到最小的SSD(Ft)所对应的故障并不一定是此时电路真正的故障。因此,本文将所有SSD(Ft) 值按照从小到大的顺序显示出来,用户能够非常直观的观察到各个SSD(Ft) 值之间的差距大小,即使通过一次不能准确找到故障,还可以在小范围内进行筛选,防止误诊断。

在进行系统设计时,按照从上到下,从小到大将SSD(Ft) 值进行排序,自动显示所有SSD(Ft) 值、对应的故 障元器件及其故障状态,那么当用户找到最小的SSD(Ft) 后,也就找到了此时对应电路的故障状态以及这个状态下的所有仿真信息,包括仿真输出的波形图以及全部参数。用户根据这些信息进行对比观察,确定此故障状态是否与当前测试的数据相吻合。如果吻合,即找到了此时电路的故障状态以及故障地点 ;如果不吻合,点击下一个SSD(Ft),以此类推。

5 结束语

汽车电路故障诊断的程序的设计 篇9

汽车电路故障诊断程序是故障诊断时维修工作步骤。它的设计合理能够让维修技师用最少时间,最少的步骤发现故障部位,大大提高汽车维修技师的工作效率。

本文从依据故障现象、元件出现故障的频率、元件在车上位置、电路的特点和元件的特点、检测工具的特点、依据测量方法六个方面谈谈如何设计汽车电路诊断程序,然后以丰田卡罗拉大灯电路为例,设计常见几种故障的诊断程序设计。

1电路维修现状及分析

在宿迁市的技能大赛中,参赛选手在排除大灯供电线路搭铁线断路故障时,80%的选手因为没有清晰的诊断思路而走弯路,导致不能在规定时间内完成。部分参赛选手一开始就拆下熔丝,目视检查,判断熔丝好的,再拆下灯泡目视检查,灯泡好的,再装上,就傻了,就没有思路了。部分选手用电笔检验熔丝两端电压,检查全亮,再检查继电器,正常,吸合正常,通断正常,再测量灯泡的电源线电压,有12伏电源,接上灯泡还是不亮,就此罢手了。

从这情况看,汽车电路维修工人和学生一样,能识读电路图,但到车上维修时不知从何下手,缺乏电路诊断的思路,不会设计编写维修流程,而设计诊断程序对电路维修来说更加重要。电器不是简单拆装,维修时需要一定的逻辑思维能力,如何培养汽车维修电工的逻辑思维能力,学会设计诊断程序,显得更加重要。

2汽车电器故障诊断程序的设计

笔者以2012年国赛汽车维修基本技能故障诊断项目中丰田卡罗拉的大灯电路为例,谈谈汽车电路故障诊断程序的设计,供初学者和同仁借鉴。

汽车传统的电路故障和汽车网络、汽车电控系统的故障不同,前者电流大,是直流电,可以直接测量,我们不妨称他为“强电”。后者是信号小,信号的复杂,频率高低不一,有的既不是50赫兹正弦电,也非有规律的交流电压,测量困难,我们称之为“弱电”。有关弱电的电路,我们以后进一步讨论。今天探讨如何诊断强电电路。

2.1依据故障现象设计程序

强电电路出现故障时,现象比较明显,维修时依据这一特点,我们可以通过分析电路的故障现象,确定故障产生的范围,可以为查找故障锁定故障范围、锁定目标,省时省工,为诊断维修带来方便,节省时间和精力。

2.2依据元件出现故障的频率设计程序

电路的元件在使用中出现的故障频率各不相同,这是由元件的寿命和作用决定的。如灯泡的钨丝在使用中一直高温,钨原子不断在高温下蒸发使钨丝变细,使用一段时间就烧断,灯泡寿命也就结束了,所以,单个灯泡不亮故障灯泡烧断是最出现频率最高,单个灯泡不亮故障检修程序设计时,第一步要将灯泡检查设计在第一步,才能在维修中最快找到故障部位,这样设计的程序才是最合理的。

2.3依据元件在车上位置设计程序

普通电工线路检修,元件多的时候,一般从中间找个点测量电压,依据电压数据确定故障在前段,还是后段;再分段,再缩小范围,直到查到故障。因为普通电工维修的电路元件都能拆到,所以不需要考虑元件位置是否方便拆卸。

汽车电器线路故障诊断程序设计时,因为汽车元件位置大多隐藏在不同位置,不好测量和拆卸,所以,应该按照车辆电器元件的位置是否便于测量来设计检测顺序。设计的顺序是:首先是不用拆卸就能测量到元件,然后是只需要费少量功时或拆卸很少零件就能测量的元件,只有前两部分元件查不到故障,才进行最后需要大拆和大动作才能检测的元器件。否则,浪费了许多时间和精力去现查需要大拆和大动作才能检测的元器件,测量以后才发现拆解下来的元件没有故障,而故障元件却在不需要拆解就能测量的元件上,大大浪费时间和精力。而且,有些部件是难以拆解的,特别是塑料件,稍不留神就会损坏。所以,电路故障的诊断程序的设计,不能只依据电路图,按照普通的电工电路检修程序进行设计,而应该从便于测量元件入手,逐步进行。同时,因为汽车元件不便拆卸,不便测量,所以,为了避免拆卸,尽量利用能够测量到参数进行分析,达到不拆和少拆卸就能分析找出故障的要求。

2.4依据电路的特点和元件的特点设计程序

像大灯电路、喇叭电路等,都使用继电器,凡是继电器控制的电路特点是:利用线圈的小电流去控制继电器触点所在支路的大电流,继电器线圈供电电路电流较小,是发出指令部分,我们称之为“辅助电路”;继电器开关触点所在的支路电流较大,是接受命令控制用电器是否动作的电路,我们称之为“主电路”,我们称继电器控制的这些电路为“继电器控制电路”。

对于继电器控制电路,工作时有其自己独特的特点,继电器在工作时会产生吸合声响和震动,所以,我们可以用听继电器的吸合声,用手感触继电器的震动来确定故障的范围,只要有继电器动作,辅助电路和继电器就正常,故障就是主电路;如果没有继电器动作,辅助电路和继电器就不正常,故障就是辅助电路和继电器,不用使用万用表和验电笔,直观、方便、明了、快捷,这就是所有继电器电路检修的快捷方法。

如果听声响、感觉震动不明显,在维修时继电器电路我们还可以模拟继电器工作来判断电路故障范围,即短接和断开继电器的触点控制的端子,看电路是否按照要求动作,如果动作,像丰田卡罗拉大灯电路,两个近光不亮,我短接近光继电器控制的两个端子3和5,近光灯应该亮,如果不亮,就是近光灯的主电路;如果亮,就是辅助电路。

2.5依据检测工具的特点设计程序

检测元件和电路可以采用多种工具、多种方法,像万用表、汽车电笔、试灯等等。但哪种是最合理的,要多研究,多比较,多总结。只有这样你才能成为优秀的技师,不断学习,不断总结经验是汽车维修技师必备的素质。

我们就拿简单的保险丝和熔断丝检查为例研究几种检测方法,总结保险丝的检查可以拆下用眼看;可以用万用表电阻挡测量是否导通,用电阻挡可以拆下测量,也可以断电在电路上检测;可以用验电笔检查;可以用试灯检查;也可以用万用表电压档测量。到底哪个更方便?哪个更合理更科学呢?笔者比较如下:用眼看,要拆下来,有时看不准,还要再用万用表测量电阻来检测判断,利用万用表电阻挡检测,一般要拆下,在路检测必须断电,如果不断电,会损坏万用表,这几种方法需要拆下保险丝,保险丝长期拆下装上会导致插接件的松动和接触不良,我们尽量不要一检查电路,就拔下保险丝。用万用表电压档就车测量保险丝两端电压,看两端电压如果都有12伏,不仅确定保险丝完好,而且确定电源正常送到保险丝。这就不需要拆卸了。但这是否是最合理的呢?笔者认为不是,我们最好利用汽车电笔检测保险丝,一来电笔发光比看万用表的数据更直观、更节省时间,特别是数据万用表数据要跳一会才稳定;二来汽车电笔一段直接夹在电瓶负极,可以一手轻松大范围检验保险丝的电源和好坏,不想万用表还要两手操作,或者添加专用夹子;三来保险丝的测量部位很小,万用表的表笔头部不适合检测保险丝,有时导致测量不准,而电笔测量头部非常尖,轻松能够够得着保险丝的金属端。同样利用保险丝两端的电笔亮或不亮就能判断保险丝的好坏和故障在保险丝上部还是后面,这是通过保险丝进行故障诊断的最科学合理的方法。

2.6依据测量方法设计程序

汽车电路故障诊断时,采用方法较多,但常用的电压测量、电阻测量、电流测量等,设计程序时,我们最好首选就车电压检测法,这样不用拆下元件。具体是给电路送电,利用测量到的电压和标准值比较,迅速判断电路的故障范围和元件的好坏,方便、快捷。电阻测量一般只用于拆下元件的检测和复验或新装元件的检查。

3维修程序设计应该注意的问题

这里还要注意几种特殊故障诊断方法,烧保险丝的短路故障,尽量在保险丝上接上灯泡,分段去除,待去掉某段电路,灯泡不亮时,该段电路就是短路点。不能直接更换保险丝或大容量保险丝,以免烧坏保险丝和其他器件。检测漏电问题可以电流法,看故障车的放电电流和正常电流值是否偏大。

4下面详述丰田卡罗拉大灯电路常见故障的诊断

4.1两个近光不亮

B、更换左近光保险丝到上面的配线接点导线

C、更换保险丝

D、在变光开关在近光位置,再用万用表检测灯泡电源端1脚是否有电源,用万用表检测灯泡插座搭铁端2脚与搭铁点电阻,灯泡插脚有两种情况:

主电路是50A熔断丝下面的配线接点到近光继电器开关触点到两个近光保险丝的配线接点之间,辅助电路是50A熔断丝下面的配线接点到近光继电器线圈到变光开关之间。远光亮说明50A熔断丝是好的,两个近光保险丝和两个近光灯泡不可能同时损坏,所以,两个近光分支电路也不用检查。

4.2两个远光不亮的故障诊断程序的设计

同理,两个远光不亮的故障范围是:主电路是50A熔断丝下面的配线接点到远光继电器开关触点到两个远光保险丝的配线接点之间,辅助电路是50A熔断丝下面的配线接点到远光继电器线圈到变光开关之间,分析略。

4.3左近光不亮的故障诊断程序的设计

左近光不亮的故障范围是:左近光保险丝上面的配线接点到左近光灯泡到左侧灯的搭铁配线接点之间。

同理,右近光不亮的故障范围是:右近光保险丝上面的配线接点到右近光灯泡到右侧灯的搭铁配线接点之间。

同理,左远光不亮的故障范围是:左远光保险丝上面的配线接点到左远光灯泡到左侧灯的搭铁配线接点之间。

同理,右远光不亮的故障范围是:右远光保险丝上面的配线接点到右远光灯泡到右侧灯的搭铁配线接点之间。

同理,远光指示灯不亮的故障范围是:右远光保险丝下面的配线接点到远光指示灯到2号接线盒之间。

所有的远近光都不亮的故障范围是:主电路是50A熔断丝或变光开关总成或变光开关总成下面到E1搭铁线。

如果总是烧断10A保险丝,就说明10A保险丝控制的那一支路元件或电线有短路故障,可以将10A保险丝去掉,在10A保险丝电路两端接上12伏灯泡,送电,逐段去除,当去掉某段灯泡不亮时,该段就是短路部分,更换或者修复。

如果总是烧断50A熔断丝,就说明50A熔断丝后面,10A保险丝前面的线路有短路故障,查找故障,思路同上。

5结束语

随着汽车电子技术的发展,汽车电器部分在汽车中比重越来越大,故障将越来越多,技术将越来越复杂。汽车技师必须掌握汽车电路故障的诊断方法和步骤,这样不仅保护汽车电路,而且能够起到事半功倍的效果。

基于电流测试的混合电路故障诊断 篇10

随着电子技术的飞速发展和制造工艺的不断提高,使得电路的复杂程度不断增加,芯片尺寸日益减小,使得系统级芯片上集成了越来越多的混合信号电路,而不再是单单的数字电路或者模拟电路。由于数模两种电路的测试方法不同,传统的测试已经不能满足发展的需求,这给仪器设备的设计者、使用者、维护者带来了前所未有的挑战,也使得数/模混合信号电路的检测日益受到业内人士的高度重视。本文提出的基于电流测试的混合电路故障诊断正是在这样的背景下提出的。

1 电流测试的理论知识

电流测试就是指通过测量电源电流并从中有效提取电路的故障信息,最终实现对电路故障的检测与定位[1]。包括静态电流测试技术IDDQ和动态电流测试技术IDDT。

电路正常工作时,静态电流非常小,但是存在缺陷的电路静态电流非常大,所以当检测到电路中的静态电流出现异常,即可判定电路出现了故障。这也正是IDDQ测试的原理[2]。但是,CMOS电路中某些故障,如开路故障等,并不引起静态电流的异常。因此,有必要在此引进动态电流测试。本文也正是基于此考虑了静态电流和动态电流测试的结合,而并非单纯的静态电流测试。IDDT是一个短暂导通的电流,即CMOS电路状态转换过程中,PMOS晶体管和NMOS晶体管同时导通,使得在电源与地之间形成了一个导通电路,如图1所示[1]。由于IDDT是电路在动态转换过程中电流的变化情况,因此IDDQ的大小并不影响它的结果。所以,这也避免了深亚微米电路不断增长的静态漏电流对测试的影响[3]。本文正是研究两者的结合在混合电路故障诊断中的重要意义。

2 小波神经网络对混合电路故障诊断

小波神经网络(Wavelet Neural Network)是小波分析理论与人工神经网络ANN理论相结合。目前,二者的结合有如下两种途径[4]:

(1) 松散型结合。即小波分析作为神经网络的前置处理手段,为神经网络提供输入特征向量。

(2) 紧致型结合。小波和神经网络直接融合,即小波函数和尺度函数形成神经元。

本文采用松散型的小波与神经网络的结合。先通过PSPICE进行正常电路与故障电路建模仿真,提取静态电流IDDQ和动态电流IDDT参数,并在Matlab中运用小波分析对所得到的电流进行特征提取,并结合神经网络进行具体分析。步骤如下:

(1) 参数的提取。在PSPICE中提取正常电路及具有桥接故障、开路故障等多种故障电路的电流信息。

(2) 小波分析。对(1)中得到的电流信息在Matlab中进行小波分解,提取小波系数,并进一步计算RMS。

(3) 故障定位。将小波分析与BP神经网络结合,分析判断其定位效果,具体步骤如图2所示。

3 混合电路故障诊断实例

在PSPICE中用以7404与共集电极放大电路组成的混合电路进行故障模型的研究,其电路模型如图3所示。通过灵敏度分析可知R1,R2,R5,C1对于电路的影响较大。在电路中设置4个桥接故障、4个开路故障,如表1所示。虽然生产过程中导致电路缺陷各式各样,但根据各种缺陷的失效机理,可以采用各种各样的故障模型来等效。本文对于桥接故障,采用在桥接点之间连接一个电阻建立故障模型,阻值分别取10 Ω,1 kΩ和1 MΩ来对应相对小、近似相等、相对大。而对于开路故障,采用在开路点接入10 MΩ点电阻来建立故障模型[1]。

3.1 IDDQ在混合电路故障检测中的应用

在PSPICE中对各个故障模型进行仿真,可以很容易得出静态电流值。IDDQ对于混合电路的桥接故障可以很明显地看出漏电流的区别,但是它却检测不出开路故障。

3.2 IDDT在混合电路故障检测中的应用

对于在PSPICE中得到的正常电路及开路故障动态电流信息,在Matlab中进行5层小波变换,得出小波系数。再通过均方根误差来体现它们之间的差别。均方根误差用式(1)来定义[5]:

$\text{R}\text{Μ}\text{S}=\sqrt{\frac{1}{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}\left(\frac{F{}_i-G{}_i}{G{}_i}\right)}{}^2}(1)$

式中:Fi为开路故障的小波系数;Gi为正常电路的小波系数;N为小波系数的个数。通过式(1)得出RMS的值,见表2。

所以,通过前面两节的分析可以看出,静态电流测试和动态电流测试的结合可以明显地提高混合电路的故障覆盖率,为今后进行混合电路故障诊断起到了一定的指导意义。

3.3 小波特征提取与BP神经网络的结合

(1) 能量特征的提取。

电路的电流信息进行5层小波分解,得到高频小波分解系数及低频小波分解系数向量(d5,…,d1,a5)。其中,高频系数的提取在Matlab中用detcoef函数,而低频系数提取是采用appcoef函数。再把各系数向量组合成能量特征向量:

F=(Ed5…Ed1,Ea5)

(2) 确定BP神经网络结构和参数[6]。

BP神经网络输入神经元个数由测试节点决定;隐层个数可通过“试凑法”和式(2)粗略地估计。

$m=\sqrt{n+l}+a(2)$

式中:m,n和l分别为隐层节点数、输入节点数、输出节点数;a为1～10之间不确定的数。

经过反复试验,本文的BP神经网络结果为6-7-4。

(3) 训练BP神经网络。

电路仿真时进行20 次Monte Carlo分析产生20个样本,其中10个为训练样本,另外10个测试样本。本文总共要进行4组训练。网络训练误差曲线如图4所示。从图中可以知道,网络经过4 432步训练达到了目标误差。

(4) 对BP神经网络进行测试,以检验已训练的BP神经网络。

结果如表3所示,本文的小波神经网络检测率达到了95%。

4 结论及展望

传统的故障诊断方法如故障字典、基于灵敏度的分析法、子网络撕裂法等能解决一些测试和诊断。但是,随着混合信号电路的广泛应用,高可靠性对故障诊断提出了更高的要求[7]。通过本课题,首先知道了静态电流测试和动态电流测试相结合,可以明显提高混合电路的故障覆盖率;其次,小波神经网络的结合对于故障的定位明显优于单一神经网络的方法。从最新的文献资料中,也可以清晰地知道将两种或多种故障诊断方法相结合已经成为了混合电路故障诊断的一个发展趋势[7]。

虽然本课题提高了混合电路的故障诊断率,但是测试向量的生产、混合电路的统一建模、测试响应的统一分析等对于混合电路故障诊断仍是一个严峻的挑战。

参考文献

[1]陈飞,王友仁.基于电源电流测试的数字电路故障诊断研究[D].南京:南京航空航天大学,2008.

[2]吴进华,沈剑,段育红,等.数模混合电路故障诊断的方法研究[J].海军航空工程学院学报,2008(3):297-301.

[3]CHMELAR E,TOUTOUNCHI S.FPGA bridging faultdetection and location via differential IDDQ[C]//Proc.of22nd IEEE VLSI Test Symp.[S.l.]:IEEE,2004:109-114.

[4]谢涛,何怡刚.基于神经网络和小波变换的模拟电路故障诊断理论与方法[D].长沙:湖南大学,2007.

[5]朱彦卿.模拟和混合信号电路测试及故障诊断方法研究[D].长沙:湖南大学,2008.

[6]王承.基于神经网络的模拟电路故障诊断方法研究[D].成都:电子科技大学,2008.