基于实验的电子电路故障数据采集

为了便于维修，很多装备都建立了故障诊断数据库。电子电路故障诊断数据库建立过程中，应用实验获取数据是一种重要方法。本文讨论了应用实验方法获取故障诊断数据的理论依据以及具体实施过程。

【关键词】实验 故障诊断 故障数据 电子电路

在装备的生命周期内，解决故障问题是装备使用单位和或生产单位售后服务的一项重要内容。其中电子电路故障又有别于机械故障，有其自身的特点，很多应用装备都建立了相应的故障诊断数据库，以提高维修效率。电子电路故障诊断数据库建立过程中，故障数据获取是核心工作，其中使用实验的方法获取数据是一种性价比较高、实用性较好的方法。

1 理论依据

电子电路故障诊断数据可以依据电路原理进行建模，然后进行仿真实验，确定电路工作时的现象，采集各节点的数据。然后根据电路可能的故障点，在模型中设置各种故障，仿真出现的结果，记录故障点对应的故障表象，产生映射集，生成数据库，在故障排除时加以应用。建模方法的好处在于故障设置简单，结果容易产生。难点是电路模型建立不易，由于实际电子电路中每个元器件都不是理想状态，建立起来的仿真结果与实际相匹配很困难。

基于实验，在实际装备上设置故障则能较好的解决上述问题。可以根据电路原理将电路可能出现的故障点进行梳理。根据可能的故障点，在装备上设置故障，然后运行装备，记录可观测到的各种现象，用各种工具采集各节点的相应数据，通过对比发现故障特征，建立故障点与故障特征之间的映射，最终形成故障数据库。

2 实验实施

2.1 电路分解

进行故障分析，不是所有的元器件都要分析，应该对电路进行研究，根据经验和历史数据确定易发故障点，按照分析结果设置故障，进行数据采集。但是电路中元器件非常多，按照元器件来设置故障工作量非常大，需要对故障进行分解。

按照电路功能进行分解是其中一种方法。电路原理虽然复杂，但是电路往往能够按照功能模块进行分解，然后根据模块的功能，依据可能出现的故障点设置相应的故障，利用各种检测工具在独立的节点上采集各种数据。

此外，也可以根据电路工作过程进行分解。有些电路存在着各种功能交织在一起，难以划分功能模块，这种电路可以按照系统的工作过程进行分析。用这种方法对电路进行分解时，先假定每一工作过程都是相互独立的，对每一过程设置相应的故障，然后用各种检测手段对电路进行检测，并对检测结果进行记录。据此形成故障点与对应工作过程的故障现象之间的映射集，根据映射集形成故障数据库。但是要注意，用这种方法获取的数据库，引用的时候要区分各种工作过程的先后顺序，按照由前到后的顺序应用数据库的数据。

2.2 故障设置

在条件允许的情况下，为了能够使数据库中的数据具有更高的实用性，我们应该尽可能多的设置故障，然后对故障进行特征分析和记录，这样形成的数据库具有较高的覆盖率。但在应用中我们会发现，绝大多数的所谓可能的故障，真实出现的概率很低，而那些经常发生的故障只占这些故障总数的20%不到。所以在故障点的设置中，要充分利用电路的分解结果。一种方法是直接在元器件上设置故障，另一种方法是在信号流程过程中设置故障。

在元器件上设置故障可以直接用有故障的元器件进行替换，也可以采取一定手段改变元器件的正常工作状态。也可以用整体的手段，截断电路的信号流程也就，切断一段电路的信号，然后用各种手段记录故障特征。

第一种方法，即故障设置在元器件上，故障记录较全面，在利用数据库解决故障问题时，能够直接定位到元器件。但是这种方法的工作量较大，需要的物质成本较高。而后一种方法，将故障定位到电路模块进行设置，在排除故障时需要在找到故障模块之后，进一步对模块中的元器件进行查找，但这种方法的性价比较高。

2.3 激励输入

故障设置之后，将激励信号输入，使系统工作在某种状态。

可以启动系统，按照需要使系统工作，使电路工作在不同的状态之下，系统将表现出不同的特性。这种通过人为操作改变系统的工作，也就实现了一种人工激励输入。

有些时候需要在系统中加一些额外的激励来检测系统的响应，这些激励可以由信号发生器等专用设备提供。这些激励信号根据电路特性，可以是电压信号，可以是脉冲或方波信号，也可以是需要的正余玄信号。

2.4 数据记录

首先在不通电状态下，记录系统的工作现象和信号特征。然后在通电状态下，观察系统静态的特征。最后在通电情况下使系统处于动态过程中，记录系统工作动态特征。

在输入激励之后，系统会产生各种反应，需要准确和全面的记录系统的反应。系统的反应可分为两类，一类是经过观察能得到的直观现象，另一类是需要经过各种仪器仪表进行检测得到的数据。

直接观察到的现象包括看、闻、听、摸等感官所能得到的现象。眼睛所能看到的指示灯亮灭、器件熔断等，鼻子能闻到的烧焦等异味儿等，耳朵能听到各种电机工作的声音、继电器吸合的声音等，手能触摸到电路过流所引起的发热发烫等现象。

用仪器所能获取的信号包括电阻、电压、电流、波形、逻辑等信号。电阻测量主要在不通电情况下进行，可以分段测量阻值，可以对地测量阻值。电压测量可以按照分段测量相对电压值，也可以测量对地的绝对电压值。电流信号需要切断电路中某段，然后进行将仪器串联接入进行测量。波形测量需要使用示波器进行记录波形特征。逻辑信号可以用逻辑笔等仪器进行测量。

参考文献

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[2]贾民平，许飞云.小波尺度函数在旋转机械故障诊断中的应用[J].振动、测试与诊断，2004（01）.

[3]王国伟，李勇英.MSP430逻辑系统的设计[J].河西学院学报，2003（05）.

作者简介

臧国华（1980-），男，滿族，吉林省东丰县人。硕士学位。讲师。研究方向为自动控制。

作者单位

陆军装甲兵学院士官学校 吉林省长春市 130117