關(guān)于模擬電路故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析

摘 要：與數(shù)字電路相比，模擬電路的故障模型較為復(fù)雜，尤其是因元器件數(shù)據(jù)容差錯(cuò)誤導(dǎo)致的故障模糊性強(qiáng)，因此對(duì)于模擬電路有必要采用先進(jìn)的故障診斷監(jiān)測(cè)技術(shù)。筆者結(jié)合自己多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就模擬電路故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊劃分以及實(shí)現(xiàn)形式進(jìn)行了一些有意義的探討，希望對(duì)模擬電路的故障診斷與檢測(cè)工作能夠有所借鑒。

關(guān)鍵詞：模擬電路；故障診斷；故障監(jiān)測(cè)

1 概述

電子電路分為模擬電路和數(shù)字電路兩種，相較于數(shù)字電路而言，模擬電路廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子設(shè)備當(dāng)中，但其故障率卻居高不下，進(jìn)而給電子設(shè)備造成的損害十分巨大。現(xiàn)階段，我國(guó)電子電路診斷以及監(jiān)測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)步，但進(jìn)步主要集中在數(shù)字電路的故障診斷方面，模擬電路的故障診斷以及監(jiān)測(cè)特別是故障定位問(wèn)題依然還具有較大的難度，而這些都給電子設(shè)備的正常應(yīng)用和維修處理造成了不便。

與數(shù)字電路相比，模擬電路的故障模型更為復(fù)雜，尤其是因元器件數(shù)據(jù)容差錯(cuò)誤導(dǎo)致的故障模糊性較強(qiáng)，因此有必要采用更加先進(jìn)的故障診斷監(jiān)測(cè)技術(shù)。筆者結(jié)合自己多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就模擬電路故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊劃分以及實(shí)現(xiàn)形式進(jìn)行了一些有意義的探討，希望對(duì)模擬電路的故障診斷與檢測(cè)工作能夠有所借鑒。

2 模擬電路故障的特點(diǎn)

模擬電路主要負(fù)責(zé)模擬信號(hào)的傳輸，而模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)不同，它是隨著時(shí)間進(jìn)行連續(xù)變化的信號(hào)，因而造成模擬電路的故障復(fù)雜度也較數(shù)字電路更高，具體則具有以下特點(diǎn)：（1）模擬電路的輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)都是連續(xù)量，所以難以對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的量化分析，導(dǎo)致模擬電路的故障模型也相對(duì)更為復(fù)雜；（2）模擬電路的電器元件參數(shù)具有較大的容差，一般也都允許在規(guī)定范圍內(nèi)的輕微故障，而這就造成模擬電路的故障十分模糊，難以準(zhǔn)確對(duì)故障位置進(jìn)行定位；（3）實(shí)際應(yīng)用中的模擬電路將不可避免的存在非線性問(wèn)題，即輸出和反饋之間往往并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，這就增加了模擬電路故障診斷、測(cè)試的難度，使其故障模型的復(fù)雜度進(jìn)一步提高；（4）模擬電路的頻率范圍較大，其低頻和高頻之間可能差多個(gè)數(shù)量級(jí)，使得故障診斷監(jiān)測(cè)也變地更加困難；（5）模擬電路因?yàn)槭艿狡渥陨斫Y(jié)構(gòu)的影響，用于故障監(jiān)測(cè)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限，進(jìn)而導(dǎo)致可作為故障診斷的信息不充分，故障定位具有較大的模糊性。

3 模擬電路故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模塊劃分

3.1 故障診斷模塊

對(duì)于模擬電路的故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，其主要可以劃分為診斷模塊和監(jiān)測(cè)模塊。其中，診斷模塊的核心就是故障診斷技術(shù)。以往應(yīng)用較多的傳統(tǒng)診斷方法已經(jīng)難以適應(yīng)診斷工作發(fā)展的需要，而基于人工智能的一些新型診斷技術(shù)卻相繼被提出，這些技術(shù)和方法提高了模擬電路故障診斷的效率和準(zhǔn)確度，并且也具有較高的可靠性。以下就現(xiàn)階段應(yīng)用較多的一些新型診斷技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

（1）專(zhuān)家系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)是一種基于產(chǎn)生式規(guī)則的故障診斷技術(shù)，它首先需要專(zhuān)家根據(jù)其知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)將模擬電路的故障診斷規(guī)則歸納表示出來(lái)，從而形成知識(shí)庫(kù)，一旦遭遇故障，就根據(jù)監(jiān)測(cè)到的故障特征利用知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則進(jìn)行推理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障類(lèi)型的診斷甚至是定位。這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以不斷進(jìn)行擴(kuò)充，具有便于解釋、擅于分析常見(jiàn)故障以及交互性較強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但故障診斷規(guī)則的總結(jié)和歸納是該技術(shù)應(yīng)用的瓶頸，特別是對(duì)于一些復(fù)雜故障的推理效率較低、時(shí)效性較差等問(wèn)題制約了該技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（如圖1所示）可以被認(rèn)為是當(dāng)前人工智能領(lǐng)域應(yīng)用比較廣的一種技術(shù)，它的核心思想是利用計(jì)算機(jī)對(duì)人腦結(jié)構(gòu)以及人類(lèi)認(rèn)知過(guò)程的模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬電路的故障診斷。在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行模擬電路的故障診斷時(shí)，首先需要技術(shù)人員對(duì)故障特征和故障類(lèi)型的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行歸納總結(jié)；然后將故障特征作為輸入，將故障類(lèi)型作為輸出，從而完成對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練；最后，當(dāng)模擬電路發(fā)生故障時(shí)，將監(jiān)測(cè)到的故障特征輸入到已經(jīng)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型當(dāng)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果完成對(duì)模擬電路故障的診斷。這種技術(shù)與專(zhuān)家系統(tǒng)相比，其最大的優(yōu)勢(shì)就是診斷效率較高，可以對(duì)具體的診斷過(guò)程進(jìn)行忽視，不再需要提取并建立復(fù)雜的診斷規(guī)則，特別是對(duì)于處理非線性關(guān)系的故障具有較大的優(yōu)勢(shì)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)缺點(diǎn)是需要不斷根據(jù)新故障特征及類(lèi)型的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行重新訓(xùn)練，并且因?yàn)槠涔收显\斷過(guò)程被忽視的原因，使得其透明性較差，對(duì)電路故障的解釋能力不高。

（3）模糊理論。因?yàn)槟M電路的元器件具有容差特性，進(jìn)而使得故障類(lèi)型與特征之間存在一定的模糊關(guān)系，所以應(yīng)用模糊理論進(jìn)行電路故障診斷也成為了近年研究的一個(gè)熱點(diǎn)。模糊理論對(duì)模糊關(guān)系具有較強(qiáng)的處理能力，它能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)到的故障特征通過(guò)模糊映射關(guān)系來(lái)推理得到新的故障類(lèi)型組合，并能夠依據(jù)一定的判斷閾值實(shí)現(xiàn)對(duì)具體故障元器件的定位。與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同，應(yīng)用模糊理論來(lái)進(jìn)行故障診斷往往可以得到多個(gè)可能的故障類(lèi)型組合方案，并將這些方案依據(jù)模糊隸屬度值的高低進(jìn)行先后排列，從而給故障診斷技術(shù)人員提供了豐富的參考。但這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在不少問(wèn)題，特別是在模糊映射關(guān)系的建立方法上還存在諸多有待完善之處，還需要相關(guān)人員做進(jìn)一步的研究。

3.2 故障監(jiān)測(cè)模塊

上面對(duì)模擬電路的故障診斷模塊進(jìn)行了探討，而要實(shí)現(xiàn)故障診斷，首先要做的就是對(duì)故障特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只有及時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)一些故障征兆，才能為故障的診斷工作提供有效依據(jù)。現(xiàn)階段，對(duì)于故障監(jiān)測(cè)的研究還處于起步階段，在實(shí)際中應(yīng)用較多的是一些基于啟發(fā)信息的搜索算法，例如通過(guò)利用啟發(fā)式的圖搜索算法來(lái)進(jìn)行模擬電路的故障監(jiān)測(cè)。應(yīng)用這些算法的關(guān)鍵在于建立可靠性的啟發(fā)函數(shù)，并通過(guò)函數(shù)計(jì)算來(lái)推導(dǎo)出最佳的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展搜索方案，從而找出最優(yōu)的測(cè)點(diǎn)集，并通過(guò)對(duì)測(cè)點(diǎn)集內(nèi)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障征兆的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。

4 模擬電路故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)形式探討

傳統(tǒng)的故障診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般都需要在外部建立專(zhuān)門(mén)的平臺(tái)，但隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，如果將診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)嵌入到電子設(shè)備中，對(duì)電子設(shè)備中的模擬電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)采集和故障診斷，那么就可以極大地提高故障的診斷和監(jiān)測(cè)效率。同時(shí)，采用嵌入式的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)形式還利于對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，這對(duì)故障的及時(shí)排除也具有積極意義。筆者認(rèn)為，采用嵌入式的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)形式能夠最大限度地提高電子設(shè)備的可靠性，這也是未來(lái)電路診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)形式的一個(gè)最主要的發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，與數(shù)字電路相比，模擬電路的故障診斷監(jiān)測(cè)則較為復(fù)雜和困難，必須打破傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，通過(guò)采用新型的診斷技術(shù)和監(jiān)測(cè)方法，再輔以嵌入式的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，才能最大限度地提高故障診斷監(jiān)測(cè)的質(zhì)量和效率。

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作者簡(jiǎn)介：何晶（1981-），女，漢族，研究生，遼寧撫順人，工作單位：寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向：智能儀器儀表和檢測(cè)技術(shù)。