一種採用電路信息融合的故障診斷系統及其實現方法

2023-09-13 21:18:05 1

專利名稱：一種採用電路信息融合的故障診斷系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及電子設備故障信息的檢測與診斷，特別涉及一種在電路運行過 程中通過檢測和融合元件的多路傳感信息對其進行故障診斷的系統及其實現 方法。
背景技術：
如今，在以集成電路為核心的現代微電子電路中，由於設備的規模越來越 大，性能及構成也更加複雜，設備中任何一個元器件的故障都可能導致部分功 能失效或整個設備失靈。所以，伴隨著電子技術的發展，電子電路集成化程度 日益提高，對電子電路的可靠性、可維修性和自動故障診斷的要求也日益迫切, 電子設備故障診斷方法與裝置的研究在航空航天電子設備及武器系統等領域 有重要的意義。
然而電子設備的故障檢測與定位， 一直是一個十分複雜困難的工作。特別 是模擬電路故障診斷，常規方法是故障字典法，通過單傳感器測試電路元件的 關鍵點的電壓或電流信號，然後與正常工作狀態數值比較，判斷器件是否故障。 但此種方法故障定位準確率低，原因是在不少情況下，電路中某元件出現故障 後，不僅其本身輸出信號失真，而且影響與之相連的其它正常元件的功能，同 樣也使它們的相關信號失真，也就是說電路前後元件相互影響，如果直接測試 待診斷元件的電壓或電流信號，難以準確判斷是否有故障。
在已知的現有技術方案中，如在松下電器產業株式會社專利號為 97122481.1的公開內容中，利用電路元器件的電壓信號測試來定位故障發生 地，該方案就存在故障模式相互影響，故障器件定位準確率較低的缺點。另外， 在廣東省電力工業局實驗研究所03114324.5專利所公布的方案中，故障診斷 的對象是電機，它通過單傳感器測試電機的電流信號來判定電機的不同故障類 型，由於是單傳感器故障檢測，同樣存在故障診斷準確率不高的問題。由此可 見單傳感器故障診斷普遍存在故障診斷準確率較低的不足。
相比較而言，多傳感器信息融合技術提供了一條嶄新的途徑。其主要是採 用多維信息處理方式，將信息融合技術引入電子電路的故障定位之中，從而準 確搜尋出故障元件。而目前在這一技術領域，還沒有比較完備可行的相應技術。

發明內容
本發明的第一個目的是提供一種採用信息融合的故障診斷系統。 本發明的第二個目的是提供應用上述系統的實現方法。
上述發明所採用的技術方案，其核心是將信息融合技術引入電子電路的故 障定位之中，通過測試電子電路工作時電子元件的溫度和關鍵點電壓兩方面的 數據信息，並利用D-S證據理論對信息進行有效的融合，從而準確搜尋出故障 元件。
本發明所述的一種採用信息融合的故障診斷系統，該系統包括具備測試電 路元件關鍵電壓並進行預處理功能的電壓信號採樣裝置、具備測試電路元件的 溫度信號並進行預處理功能的溫度信號採樣裝置以及能對接收到的電壓和溫 度信號進行信息融合處理，給出綜合故障診斷結果的故障診斷裝置；所述電壓 信號採樣裝置的信號輸出端通過串行接口連接故障診斷裝置；所述溫度信號 採樣裝置的輸出端通過USB接口連接故障診斷裝置。
上述系統中的電壓信號採樣裝置包括有電壓數值顯示窗口、 RS232串行通 信口、探針、信號放大濾波模塊、A/ D轉換器和電源開關；待診斷電路元件 的關鍵電壓通過探針接到信號放大濾波模塊，再進行A/ D轉換，同時進行數 值窗口顯示，在通信驅動程序控制下，通過RS232串行通信口向故障診斷裝置 傳送電壓測試值。
上述系統中的溫度信號採樣裝置包括有溫度數值顯示窗口 、 USB通信口 、 熱像儀、信號放大濾波模塊、A/D轉換器和電源開關；將熱像儀對準各個待 診斷電路元件，得到溫度信號，再進行放大濾波模塊、A/D轉換處理，同時 進行數值窗口顯示，在通信驅動程序控制下，通過USB通信口向故障診斷裝置 3傳送溫度測試值。
上述系統中的故障診斷裝置包括有溫度數值顯示屏、RS232串行通信口、 USB通信口和電源開關；它主要控制其與電壓信號採樣裝置和溫度信號採樣裝
置的數據通信，實現溫度和電壓信號的模糊處理，進行D-S信息融合處理及故 障元件判定。
另外，上述系統在實現過程中所採用的方法，該方法具體內容為
1) 採用電壓信號採樣裝置採集待診斷電路元件關鍵電壓信號；採用溫度信 號採樣裝置(紅外熱像儀TH7700)採集待診斷電路元件工作溫度信號；
2) 在電壓信號採樣裝置中，對電壓信號進行放大、濾波預處理；在溫度信 號採樣裝置中，對溫度信號進行放大、濾波預處理；
3) 在故障診斷裝置中，對來自電壓信號採樣裝置的電壓信號和溫度信號採 樣裝置的溫度信號，分別進行模糊處理，得到兩組表示各個待診斷電路元件屬 於故障可能性的隸屬度函數值，然後再利用D-S證據原理進行數據融合，得到 一個綜合的故障隸屬度函數值，從而準確判定故障電路元件。
所述方法步驟中，電壓信號採樣裝置、溫度信號釆樣裝置分別採樣電路元 件的關鍵點電壓和電路元件溫度信號。
所述方法步驟中，故障診斷裝置分析數據和診斷故障電路元件，由內置的 控制驅動程序完成，該控制程序包括採樣程序、通信程序和分析診斷程序三部 分，採樣程序內置於電壓信號採樣裝置和溫度信號釆樣裝置中，驅動採樣裝置 完成信號採樣任務；通信程序分別內置於信號釆樣裝置和故障診斷裝置中，控 制兩兩之間的數據通信和保存；分析診斷程序內置於故障診斷裝置中，完成數 據模糊處理、信息融合和電路元件的故障判定。
所述方法步驟中，將電壓信號採樣裝置的探針接到各個待診斷電路元件的 關鍵點上，待信號穩定後，點擊故障診斷裝置(筆記本電腦)數據採集界面的" 電壓採樣"按鈕，則故障診斷裝置啟動通信程序，通過串行接口將電壓信號送 入故障診斷裝置並保存。
所述方法步驟中，將溫度信號採樣裝置的熱像儀對準各個待診斷電路元 件，待信號穩定後，點擊故障診斷裝置數據採集界面的"溫度採樣"按鈕，則 故障診斷裝置啟動通信程序，通過USB接口將電路元件溫度信號送入故障診斷 裝置並保存。
所述方法步驟中，進入故障診斷裝置的數據分析與診斷界面，點擊故障診 斷裝置數據分析與診斷界面的"電壓處理"按鈕，則故障診斷裝置啟動模糊數據處理程序，對採集的電壓數據進行模糊處理，得到電壓信號表示的各個待診 斷電路元件屬於故障可能性的隸屬度函數值並保存。
所述方法步驟中，進入故障診斷裝置的數據分析與診斷界面，點擊故障診 斷裝置數據分析與診斷界面的"溫度處理"按鈕，則故障診斷裝置啟動模糊數 據處理程序，對採集的溫度數據進行模糊處理，得到溫度信號表示的各個待診 斷電路元件屬於故障可能性的隸屬度函數值並保存。
所述方法步驟中，進入故障診斷裝置的數據分析與診斷界面，點擊故障診 斷裝置數據分析與診斷界面的"信息融合"按鈕，則故障診斷裝置啟動信息融
合程序，對經過模糊處理得到的兩組故障隸屬度函數值利用D-S證據原理進行 信息融合，得到一個綜合的故障隸屬度函數值，再根據最大隸屬度原則準確判 定故障電路元件。
本發明的突出效果為
1. 採用多傳感器(電壓傳感器和溫度傳感器)，從不同角度採集電路故障信 息，提高故障判定的準確性；
2. 採用D-S證據原理進行故障信息的融合處理，利用證據理論處理模糊不 確定性問題的突出優勢，來解決模擬電路和數模混合電路的故障診斷模糊性問 題；
3. 採用D-S證據原理進行故障信息融合處理，所需數據量較少，避免了 神經網絡信息融合處理中，故障樣本難以獲取的瓶頸問題。


圖l是本發明的信號接線圖2是本發明的信號採集界面；
圖3是本發明的信號分析診斷界面；
圖4是本發明的實施1的被診斷電路圖5是本發明的實施2的被診斷電路實物圖6是本發朋實施例中的故障診斷流程具體實施方式
:下面參照附圖對本發明的實施例的故障診斷裝置進行進一步說明。 參見圖l，對於本發明一種採用信息融合的故障診斷系統，該系統包括具 備測試電路元件關鍵電壓並進行預處理功能的電壓信號採樣裝置1、具備測試
電路元件的溫度信號並進行預處理功能的溫度信號採樣裝置2以及能對接收到 的電壓和溫度信號進行信息融合處理，給出綜合故障診斷結果的故障診斷裝置
3;所述電壓信號採樣裝置1的信號輸出端通過串行接口連接故障診斷裝置3;
所述溫度信號採樣裝置2的輸出端通過USB接口連接故障診斷裝置3。
上述系統中的電壓信號採樣裝置1包括有電壓數值顯示窗口、 RS232串行 通信口、探針、信號放大濾波模塊、A/ D轉換器和電源開關；待診斷電路元 件的關鍵電壓通過探針接到信號放大濾波模塊，再進行A/ D轉換，同時進行 數值窗口顯示，在通信驅動程序控制下，通過RS232串行通信口向故障診斷裝 置3傳送電壓測試值。
上述系統中的溫度信號採樣裝置2包括有溫度數值顯示窗口 、 USB通信口 、熱像儀、信號放大濾波模塊、A/ D轉換器和電源開關；將熱像儀對準各個 待診斷電路元件，得到溫度信號，再進行放大濾波模塊、A/D轉換處理，同 時進行數值窗口顯示，在通信驅動程序控制下，通過USB通信口向故障診斷裝 置3傳送溫度測試值。
上述系統中的故障診斷裝置3包括有溫度數值顯示屏、RS232串行通信口 、USB通信口和電源開關；它主要控制其與電壓信號採樣裝置l和溫度信號採 樣裝置2的數據通信，實現溫度和電壓信號的模糊處理，進行D-S信息融合處 理及故障元件判定。
通過該系統可實現的故障診斷方法，步驟如下
1) 釆用電壓信號採樣裝置1採集待診斷電路元件關鍵電壓信號；採用溫度 信號採樣裝置2 (紅外熱像儀TH7700)採集待診斷電路元件工作溫度信號；
2) 在電壓信號採樣裝置1中，對電壓信號進行放大、濾波預處理；在溫度 信號採樣裝置2中，對溫度信號進行放大、濾波預處理；
3) 在故障診斷裝置3中，對來自電壓信號釆樣裝置1的電壓信號和溫度信 號採樣裝置2的溫度信號，分別進行模糊處理，得到兩組表示各個待診斷電路 元件屬於故障可能性的隸屬度函數值，然後再利用D-S證據原理進行數據融合,
得到一個綜合的故障隸屬度函數值，從而準確判定故障電路元件。
電壓信號採樣裝置1、溫度信號採樣裝置2分別採樣電路元件的關鍵點電 壓和電路元件溫度信號。
故障診斷裝置3分析數據和診斷故障電路元件，由內置的控制驅動程序完 成，該控制程序包括釆樣程序、通信程序和分析診斷程序三部分，採樣程序內 置於電壓信號採樣裝置1和溫度信號採樣裝置2中，驅動採樣裝置完成信號採 樣任務；通信程序分別內置於信號採樣裝置1 、 2和故障診斷裝置3中，控制 兩兩之間的數據通信和保存；分析診斷程序內置於故障診斷裝置3中，完成數 據模糊處理、信息融合和電路元件的故障判定。
將電壓信號採樣裝置1的探針接到各個待診斷電路元件的關鍵點上，待信 號穩定後，點擊故障診斷裝置3 (筆記本電腦)數據採集界面的"電壓採樣" 按鈕，則故障診斷裝置3啟動通信程序，通過串行接口將電壓信號送入故障診 斷裝置3並保存；
將溫度信號採樣裝置2的熱像儀對準各個待診斷電路元件，待信號穩定 後，點擊故障診斷裝置3數據採集界面的"溫度採樣"按鈕，則故障診斷裝置 3啟動通信程序，通過USB接口將電路元件溫度信號送入故障診斷裝置3並保 存。
進入故障診斷裝置3的數據分析與診斷界面，點擊故障診斷裝置3數據分 析與診斷界面的"電壓處理"按鈕，則故障診斷裝置3啟動模糊數據處理程序， 對採集的電壓數據進行模糊處理，得到電壓信號表示的各個待診斷電路元件屬 於故障可能性的隸屬度函數值並保存。
進入故障診斷裝置3的數據分析與診斷界面，點擊故障診斷裝置3數據分 析與診斷界面的"溫度處理"按鈕，則故障診斷裝置3啟動模糊數據處理程序， 對採集的溫度數據進行模糊處理，得到溫度信號表示的各個待診斷電路元件屬 於故障可能性的隸屬度函數值並保存。
進入故障診斷裝置3的數據分析與診斷界面，點擊故障診斷裝置3數據分 析與診斷界面的"信息融合"按鈕，則故障診斷裝置3啟動信息融合程序，對 經過模糊處理得到的兩組故障隸屬度函數值利用D-S證據原理進行信息融合， 得到一個綜合的故障隸屬度函數值，再根據最大隸屬度原則準確判定故障電路元件。
具體參見以下事例 實施例1
圖4是一弱信號放大電路，其中A1， A2， A3為待診斷電路元件，按照圖l 結構連接各個設備，再按圖6的故障診斷流程進行診斷處理，先選擇待診斷電 路元件Al，將電壓信號採樣裝置1的探針接到各個待診斷電路元件的關鍵點 上，待信號穩定後，點擊圖2的故障診斷裝置3數據採集界面"電壓採樣"按 鈕，通過串行接口將電壓信號送入故障診斷裝置3並保存；將溫度信號採樣裝 置2的熱像儀對準各個待診斷電路元件Al，待信號穩定後，點擊圖2的故障診 斷裝置3數據採集界面"溫度採樣"按鈕，通過USB接口將電路元件溫度信號 送入故障診斷裝置3並保存；同樣可以得到待診斷A2， A3的電壓和溫度信號 數值。
進入圖3的故障診斷裝置3的數據分析與診斷界面，點擊圖3的故障診斷 裝置3數據分析與診斷界面"電壓處理"按鈕，對採集的電壓數據進行模糊處 理，得到電壓信號表示的各個待診斷電路元件Al， A2， A3屬於故障可能性的 隸屬度函數值並保存；點擊圖3的故障診斷裝置3數據分析與診斷界面"溫度 處理"按鈕，對採集的溫度數據進行模糊處理，得到溫度信號表示的各個待診 斷電路元件A1， A2， A3屬於故障可能性的隸屬度函數值並保存；
點擊圖3的故障診斷裝置3數據分析與診斷界面"信息融合"按鈕，對經 過模糊處理得到的兩組故障隸屬度函數值利用D-S證據原理進行信息融合，得 到一個綜合的故障隸屬度函數值，再根據最大隸屬度原則準確判定故障電路元 件。
實施例2
圖5是某型號飛機光電雷達的"壓一碼轉換"電路，其中IC1， IC2， IC3， IC4， IC5為待診斷電路元件，按照圖1結構連接各個設備，再按圖6的故障診 斷流程進行診斷處理，先選擇待診斷電路元件IC1，將電壓信號釆樣裝置l的 探針接到各個待診斷電路元件的關鍵點上，待信號穩定後，點擊圖2的故障診 斷裝置3數據採集界面"電壓採樣"按鈕，通過串行接口將電壓信號送入故障 診斷裝置3並保存;將溫度信號採樣裝置2的熱像儀對準待診斷電路元件IC1，
待信號穩定後，點擊圖2的故障診斷裝置3數據採集界面"溫度採樣"按鈕， 通過USB接口將電路元件溫度信號送入故障診斷裝置3並保存；同樣可以得到 待診斷IC2， IC3, IC4， IC5的電壓和溫度信號數值。
進入故障診斷裝置3的數據分析與診斷界面圖3，點擊圖3的故障診斷裝 置3數據分析與診斷界面"電壓處理"按鈕，對採集的電壓數據進行模糊處理， 得到電壓信號表示的各個待診斷電路元件IC1， IC2, IC3， IC4， IC5屬於故障 可能性的隸屬度函數值並保存；點擊圖3的故障診斷裝置3數據分析與診斷界 面"溫度處理"按鈕，對採集的溫度數據進行模糊處理，得到溫度信號表示的 各個待診斷電路元件IC1， IC2， IC3， IC4， IC5屬於故障可能性的隸屬度函數 值並保存；
點擊圖3的故障診斷裝置3數據分析與診斷界面"信息融合"按鈕，對經 過模糊處理得到的兩組故障隸屬度函數值利用D-S證據原理進行信息融合，得 到一個綜合的故障隸屬度函數值，再根據最大隸屬度原則準確判定故障電路元 件。
以上是本發明的實施方式之一，對於本領域內的一般技術人員，不花費創 造性的勞動，在上述實施例的基礎上可以做多種變化，同樣能夠實現本發明的 目的。但是，這種變化顯然應該在本發明的權利要求書的保護範圍內。
權利要求
1、一種採用信息融合的故障診斷系統，其特徵在於，該系統包括具備測試電路元件關鍵電壓並進行預處理功能的電壓信號採樣裝置(1)、具備測試電路元件的溫度信號並進行預處理功能的溫度信號採樣裝置(2)以及能對接收到的電壓和溫度信號進行信息融合處理，給出綜合故障診斷結果的故障診斷裝置(3)；所述電壓信號採樣裝置(1)的信號輸出端通過串行接口連接故障診斷裝置(3)；所述溫度信號採樣裝置(2)的輸出端通過USB接口連接故障診斷裝置(3)。
2、 根據權利要求1的一種採用信息融合的故障診斷系統，其特徵在於，所 述系統中的電壓信號採樣裝置(l)包括有電壓數值顯示窗口、 RS232串行通信 口、探針、信號放大濾波模塊、A / D轉換器和電源開關；待診斷電路元件的 關鍵電壓通過探針接到信號放大濾波模塊，再進行A/ D轉換，同時進行數值 窗口顯示，在通信驅動程序控制下，通過RS232串行通信口向故障診斷裝置(3) 傳送電壓測試值。
3、 根據權利要求1的一種採用信息融合的故障診斷系統，其特徵在於，上 述系統中的溫度信號採樣裝置(2)包括有溫度數值顯示窗口、 USB通信口、熱 像儀、信號放大濾波模塊、A/D轉換器和電源開關；將熱像儀對準各個待診 斷電路元件，得到溫度信號，再進行放大濾波模塊、A/D轉換處理，同時進 行數值窗口顯示，在通信驅動程序控制下，通過USB通信口向故障診斷裝置(3) 傳送溫度測試值。
4、 根據權利要求1的一種採用信息融合的故障診斷系統，其特徵在於，上 述系統中的故障診斷裝置(3)包括有溫度數值顯示屏、RS232串行通信口、 USB 通信口和電源開關；它主要控制其與電壓信號採樣裝置(1)和溫度信號採樣裝 置(2)的數據通信，實現溫度和電壓信號的模糊處理，進行D-S信息融合處理 及故障元件判定。
5、 一種如權利要求1所述的採用信息融合的故障診斷系統的實現方法，其 特徵在於，該方法包括1) 採用電壓信號採樣裝置(1)採集待診斷電路元件關鍵電壓信號；採用 溫度信號採樣裝置(2)採集待診斷電路元件工作溫度信號；2) 在電壓信號採樣裝置(1)中，對電壓信號進行放大、濾波預處理；在溫度信號採樣裝置(2)中，對溫度信號進行放大、濾波預處理；3)在故障診斷裝置(3)中，對來自電壓信號採樣裝置1的電壓信號和溫度 信號採樣裝置(2)的溫度信號，分別進行模糊處理，得到兩組表示各個待診 斷電路元件屬於故障可能性的隸屬度函數值，然後再利用D-S證據原理進行數 據融合，得到一個綜合的故障隸屬度函數值，從而準確判定故障電路元件。
6、 根據權利要求5的系統實現方法，其特徵在於，所述方法步驟中，電壓 信號採樣裝置(1)、溫度信號採樣裝置(2)分別採樣電路元件的關鍵點電壓 和電路元件溫度信號。
7、 根據權利要求5的系統實現方法，其特徵在於，所述方法步驟中，故障 診斷裝置(3)分析數據和診斷故障電路元件，由內置的控制驅動程序完成， 該控制程序包括採樣程序、通信程序和分析診斷程序三部分，採樣程序內置於 電壓信號採樣裝置(1 )和溫度信號採樣裝置(2)中，驅動採樣裝置完成信 號採樣任務；通信程序分別內置於信號採樣裝置(1 ) 、 (2 )和故障診斷裝 置(3)中，控制兩兩之間的數據通信和保存；分析診斷程序內置於故障診斷 裝置(3)中，完成數據模糊處理、信息融合和電路元件的故障判定。
8、 根據權利要求5的系統實現方法，其特徵在於，所述方法步驟中，將電 壓信號採樣裝置(1)的探針接到各個待診斷電路元件的關鍵點上，待信號穩 定後，點擊故障診斷裝置(3)數據採集界面的"電壓採樣"按鈕，則故障診 斷裝置(3)啟動通信程序，通過串行接口將電壓信號送入故障診斷裝置(3) 並保存。
9、 根據權利要求5的系統實現方法，其特徵在於，所述方法步驟中，將溫 度信號採樣裝置(2)的熱像儀對準各個待診斷電路元件，待信號穩定後，點 擊故障診斷裝置(3)數據採集界面的"溫度採樣"按鈕，則故障診斷裝置(3) 啟動通信程序，通過USB接口將電路元件溫度信號送入故障診斷裝置(3)並 保存。
10、 根據權利要求5的系統實現方法，其特徵在於，所述方法步驟中，進 入故障診斷裝置(3)的數據分析與診斷界面，點擊故障診斷裝置(3)數據分 析與診斷界面的"電壓處理"按鈕，則故障診斷裝置(3)啟動模糊數據處理 程序，對採集的電壓數據進行模糊處理，得到電壓信號表示的各個待診斷電路元件屬於故障可能性的隸屬度函數值並保存。
11、 根據權利要求5的系統實現方法，其特徵在於，所述方法步驟中，進 入故障診斷裝置(3)的數據分析與診斷界面，點擊故障診斷裝置(3)數據分 析與診斷界面的"溫度處理"按鈕，則故障診斷裝置(3)啟動模糊數據處理 程序，對採集的溫度數據進行模糊處理，得到溫度信號表示的各個待診斷電路 元件屬於故障可能性的隸屬度函數值並保存。
12、 根據權利要求5的系統實現方法，其特徵在於，所述方法步驟中，進 入故障診斷裝置(3)的數據分析與診斷界面，點擊故障診斷裝置(3)數據分 析與診斷界面的"信息融合"按鈕，則故障診斷裝置(3)啟動信息融合程序， 對經過模糊處理得到的兩組故障隸屬度函數值利用D-S證據原理進行信息融 合，得到一個綜合的故障隸屬度函數值，再根據最大隸屬度原則準確判定故障 電路元件。
全文摘要
本發明公開了一種採用信息融合的故障診斷系統。該系統的核心是將信息融合技術引入電子電路的故障定位之中，通過測試電子電路工作時電子元件的溫度和關鍵點電壓兩方面的數據信息，並利用D-S證據理論對信息進行有效的融合，從而準確搜尋出故障元件。另外本發明同時提供了關於上述發明系統的實現方法，該方法通過本發明系統結合多維信息處理方式，將信息融合技術引入電子電路的故障定位之中，使得其提高了對電路故障診斷的精確度，從而解決了以往單傳感器故障診斷普遍存在故障診斷準確率較低的不足的缺點。
文檔編號G01R31/00GK101201370SQ20061011959
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月13日 優先權日2006年12月13日
發明者朱大奇, 褚建新, 偉 顧 申請人:上海海事大學