CN101201370A - 一种采用电路信息融合的故障诊断系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用信息融合的故障诊断系统。该系统的核心是将信息融合技术引入电子电路的故障定位之中，通过测试电子电路工作时电子元件的温度和关键点电压两方面的数据信息，并利用D－S证据理论对信息进行有效的融合，从而准确搜寻出故障元件。另外本发明同时提供了关于上述发明系统的实现方法，该方法通过本发明系统结合多维信息处理方式，将信息融合技术引入电子电路的故障定位之中，使得其提高了对电路故障诊断的精确度，从而解决了以往单传感器故障诊断普遍存在故障诊断准确率较低的不足的缺点。
Description
技术领域：
本发明涉及电子设备故障信息的检测与诊断，特别涉及一种在电路运行过程中通过检测和融合元件的多路传感信息对其进行故障诊断的系统及其实现方法。
背景技术：
如今，在以集成电路为核心的现代微电子电路中，由于设备的规模越来越大，性能及构成也更加复杂，设备中任何一个元器件的故障都可能导致部分功能失效或整个设备失灵。所以，伴随着电子技术的发展，电子电路集成化程度日益提高，对电子电路的可靠性、可维修性和自动故障诊断的要求也日益迫切，电子设备故障诊断方法与装置的研究在航空航天电子设备及武器系统等领域有重要的意义。
然而电子设备的故障检测与定位，一直是一个十分复杂困难的工作。特别是模拟电路故障诊断，常规方法是故障字典法，通过单传感器测试电路元件的关键点的电压或电流信号，然后与正常工作状态数值比较，判断器件是否故障。但此种方法故障定位准确率低，原因是在不少情况下，电路中某元件出现故障后，不仅其本身输出信号失真，而且影响与之相连的其它正常元件的功能，同样也使它们的相关信号失真，也就是说电路前后元件相互影响，如果直接测试待诊断元件的电压或电流信号，难以准确判断是否有故障。
在已知的现有技术方案中，如在松下电器产业株式会社专利号为97122481.1的公开内容中，利用电路元器件的电压信号测试来定位故障发生地，该方案就存在故障模式相互影响，故障器件定位准确率较低的缺点。另外，在广东省电力工业局实验研究所03114324.5专利所公布的方案中，故障诊断的对象是电机，它通过单传感器测试电机的电流信号来判定电机的不同故障类型，由于是单传感器故障检测，同样存在故障诊断准确率不高的问题。由此可见单传感器故障诊断普遍存在故障诊断准确率较低的不足。
相比较而言，多传感器信息融合技术提供了一条崭新的途径。其主要是采用多维信息处理方式，将信息融合技术引入电子电路的故障定位之中，从而准确搜寻出故障元件。而目前在这一技术领域，还没有比较完备可行的相应技术。
发明内容：
本发明的第一个目的是提供一种采用信息融合的故障诊断系统。
本发明的第二个目的是提供应用上述系统的实现方法。
上述发明所采用的技术方案，其核心是将信息融合技术引入电子电路的故障定位之中，通过测试电子电路工作时电子元件的温度和关键点电压两方面的数据信息，并利用D-S证据理论对信息进行有效的融合，从而准确搜寻出故障元件。
本发明所述的一种采用信息融合的故障诊断系统，该系统包括具备测试电路元件关键电压并进行预处理功能的电压信号采样装置、具备测试电路元件的温度信号并进行预处理功能的温度信号采样装置以及能对接收到的电压和温度信号进行信息融合处理，给出综合故障诊断结果的故障诊断装置；所述电压信号采样装置的信号输出端通过串行接口连接故障诊断装置；所述温度信号采样装置的输出端通过USB接口连接故障诊断装置。
上述系统中的电压信号采样装置包括有电压数值显示窗口、RS232串行通信口、探针、信号放大滤波模块、A/D转换器和电源开关；待诊断电路元件的关键电压通过探针接到信号放大滤波模块，再进行A/D转换，同时进行数值窗口显示，在通信驱动程序控制下，通过RS232串行通信口向故障诊断装置传送电压测试值。
上述系统中的温度信号采样装置包括有温度数值显示窗口、USB通信口、热像仪、信号放大滤波模块、A/D转换器和电源开关；将热像仪对准各个待诊断电路元件，得到温度信号，再进行放大滤波模块、A/D转换处理，同时进行数值窗口显示，在通信驱动程序控制下，通过USB通信口向故障诊断装置3传送温度测试值。
上述系统中的故障诊断装置包括有温度数值显示屏、RS232串行通信口、USB通信口和电源开关；它主要控制其与电压信号采样装置和温度信号采样装置的数据通信，实现温度和电压信号的模糊处理，进行D-S信息融合处理及故障元件判定。
另外，上述系统在实现过程中所采用的方法，该方法具体内容为：
1)采用电压信号采样装置采集待诊断电路元件关键电压信号；采用温度信号采样装置(红外热像仪TH7700)采集待诊断电路元件工作温度信号；
2)在电压信号采样装置中，对电压信号进行放大、滤波预处理；在温度信号采样装置中，对温度信号进行放大、滤波预处理；
3)在故障诊断装置中，对来自电压信号采样装置的电压信号和温度信号采样装置的温度信号，分别进行模糊处理，得到两组表示各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值，然后再利用D-S证据原理进行数据融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，从而准确判定故障电路元件。
所述方法步骤中，电压信号采样装置、温度信号采样装置分别采样电路元件的关键点电压和电路元件温度信号。
所述方法步骤中，故障诊断装置分析数据和诊断故障电路元件，由内置的控制驱动程序完成，该控制程序包括采样程序、通信程序和分析诊断程序三部分，采样程序内置于电压信号采样装置和温度信号采样装置中，驱动采样装置完成信号采样任务；通信程序分别内置于信号采样装置和故障诊断装置中，控制两两之间的数据通信和保存；分析诊断程序内置于故障诊断装置中，完成数据模糊处理、信息融合和电路元件的故障判定。
所述方法步骤中，将电压信号采样装置的探针接到各个待诊断电路元件的关键点上，待信号稳定后，点击故障诊断装置(笔记本电脑)数据采集界面的″电压采样″按钮，则故障诊断装置启动通信程序，通过串行接口将电压信号送入故障诊断装置并保存。
所述方法步骤中，将温度信号采样装置的热像仪对准各个待诊断电路元件，待信号稳定后，点击故障诊断装置数据采集界面的″温度采样″按钮，则故障诊断装置启动通信程序，通过USB接口将电路元件温度信号送入故障诊断装置并保存。
所述方法步骤中，进入故障诊断装置的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置数据分析与诊断界面的″电压处理″按钮，则故障诊断装置启动模糊数据处理程序，对采集的电压数据进行模糊处理，得到电压信号表示的各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值并保存。
所述方法步骤中，进入故障诊断装置的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置数据分析与诊断界面的″温度处理″按钮，则故障诊断装置启动模糊数据处理程序，对采集的温度数据进行模糊处理，得到温度信号表示的各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值并保存。
所述方法步骤中，进入故障诊断装置的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置数据分析与诊断界面的″信息融合″按钮，则故障诊断装置启动信息融合程序，对经过模糊处理得到的两组故障隶属度函数值利用D-S证据原理进行信息融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，再根据最大隶属度原则准确判定故障电路元件。
本发明的突出效果为：
1.采用多传感器(电压传感器和温度传感器)，从不同角度采集电路故障信息，提高故障判定的准确性；
2.采用D-S证据原理进行故障信息的融合处理，利用证据理论处理模糊不确定性问题的突出优势，来解决模拟电路和数模混合电路的故障诊断模糊性问题；
3.采用D-S证据原理进行故障信息融合处理，所需数据量较少，避免了神经网络信息融合处理中，故障样本难以获取的瓶颈问题。
附图说明：
图1是本发明的信号接线图；
图2是本发明的信号采集界面；
图3是本发明的信号分析诊断界面；
图4是本发明的实施1的被诊断电路图；
图5是本发明的实施2的被诊断电路实物图；
图6是本发明实施例中的故障诊断流程图；
具体实施方式：
下面参照附图对本发明的实施例的故障诊断装置进行进一步说明。
参见图1，对于本发明一种采用信息融合的故障诊断系统，该系统包括具备测试电路元件关键电压并进行预处理功能的电压信号采样装置1、具备测试电路元件的温度信号并进行预处理功能的温度信号采样装置2以及能对接收到的电压和温度信号进行信息融合处理，给出综合故障诊断结果的故障诊断装置3；所述电压信号采样装置1的信号输出端通过串行接口连接故障诊断装置3；所述温度信号采样装置2的输出端通过USB接口连接故障诊断装置3。
上述系统中的电压信号采样装置1包括有电压数值显示窗口、RS232串行通信口、探针、信号放大滤波模块、A/D转换器和电源开关；待诊断电路元件的关键电压通过探针接到信号放大滤波模块，再进行A/D转换，同时进行数值窗口显示，在通信驱动程序控制下，通过RS232串行通信口向故障诊断装置3传送电压测试值。
上述系统中的温度信号采样装置2包括有温度数值显示窗口、USB通信口、热像仪、信号放大滤波模块、A/D转换器和电源开关；将热像仪对准各个待诊断电路元件，得到温度信号，再进行放大滤波模块、A/D转换处理，同时进行数值窗口显示，在通信驱动程序控制下，通过USB通信口向故障诊断装置3传送温度测试值。
上述系统中的故障诊断装置3包括有温度数值显示屏、RS232串行通信口、USB通信口和电源开关；它主要控制其与电压信号采样装置1和温度信号采样装置2的数据通信，实现温度和电压信号的模糊处理，进行D-S信息融合处理及故障元件判定。
通过该系统可实现的故障诊断方法，步骤如下：
1)采用电压信号采样装置1采集待诊断电路元件关键电压信号；采用温度信号采样装置2(红外热像仪TH7700)采集待诊断电路元件工作温度信号；
2)在电压信号采样装置1中，对电压信号进行放大、滤波预处理；在温度信号采样装置2中，对温度信号进行放大、滤波预处理；
3)在故障诊断装置3中，对来自电压信号采样装置1的电压信号和温度信号采样装置2的温度信号，分别进行模糊处理，得到两组表示各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值，然后再利用D-S证据原理进行数据融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，从而准确判定故障电路元件。
电压信号采样装置1、温度信号采样装置2分别采样电路元件的关键点电压和电路元件温度信号。
故障诊断装置3分析数据和诊断故障电路元件，由内置的控制驱动程序完成，该控制程序包括采样程序、通信程序和分析诊断程序三部分，采样程序内置于电压信号采样装置1和温度信号采样装置2中，驱动采样装置完成信号采样任务；通信程序分别内置于信号采样装置1、2和故障诊断装置3中，控制两两之间的数据通信和保存；分析诊断程序内置于故障诊断装置3中，完成数据模糊处理、信息融合和电路元件的故障判定。
将电压信号采样装置1的探针接到各个待诊断电路元件的关键点上，待信号稳定后，点击故障诊断装置3(笔记本电脑)数据采集界面的″电压采样″按钮，则故障诊断装置3启动通信程序，通过串行接口将电压信号送入故障诊断装置3并保存；
将温度信号采样装置2的热像仪对准各个待诊断电路元件，待信号稳定后，点击故障诊断装置3数据采集界面的″温度采样″按钮，则故障诊断装置3启动通信程序，通过USB接口将电路元件温度信号送入故障诊断装置3并保存。
进入故障诊断装置3的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置3数据分析与诊断界面的″电压处理″按钮，则故障诊断装置3启动模糊数据处理程序，对采集的电压数据进行模糊处理，得到电压信号表示的各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值并保存。
进入故障诊断装置3的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置3数据分析与诊断界面的″温度处理″按钮，则故障诊断装置3启动模糊数据处理程序，对采集的温度数据进行模糊处理，得到温度信号表示的各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值并保存。
进入故障诊断装置3的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置3数据分析与诊断界面的″信息融合″按钮，则故障诊断装置3启动信息融合程序，对经过模糊处理得到的两组故障隶属度函数值利用D-S证据原理进行信息融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，再根据最大隶属度原则准确判定故障电路元件。
具体参见以下事例：
实施例1
图4是一弱信号放大电路，其中A1，A2，A3为待诊断电路元件，按照图1结构连接各个设备，再按图6的故障诊断流程进行诊断处理，先选择待诊断电路元件A1，将电压信号采样装置1的探针接到各个待诊断电路元件的关键点上，待信号稳定后，点击图2的故障诊断装置3数据采集界面″电压采样″按钮，通过串行接口将电压信号送入故障诊断装置3并保存；将温度信号采样装置2的热像仪对准各个待诊断电路元件A1，待信号稳定后，点击图2的故障诊断装置3数据采集界面″温度采样″按钮，通过USB接口将电路元件温度信号送入故障诊断装置3并保存；同样可以得到待诊断A2，A3的电压和温度信号数值。
进入图3的故障诊断装置3的数据分析与诊断界面，点击图3的故障诊断装置3数据分析与诊断界面″电压处理″按钮，对采集的电压数据进行模糊处理，得到电压信号表示的各个待诊断电路元件A1，A2，A3属于故障可能性的隶属度函数值并保存；点击图3的故障诊断装置3数据分析与诊断界面″温度处理″按钮，对采集的温度数据进行模糊处理，得到温度信号表示的各个待诊断电路元件A1，A2，A3属于故障可能性的隶属度函数值并保存；
点击图3的故障诊断装置3数据分析与诊断界面″信息融合″按钮，对经过模糊处理得到的两组故障隶属度函数值利用D-S证据原理进行信息融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，再根据最大隶属度原则准确判定故障电路元件。
实施例2
图5是某型号飞机光电雷达的“压-码转换”电路，其中IC1，IC2，IC3，IC4，IC5为待诊断电路元件，按照图1结构连接各个设备，再按图6的故障诊断流程进行诊断处理，先选择待诊断电路元件IC1，将电压信号采样装置1的探针接到各个待诊断电路元件的关键点上，待信号稳定后，点击图2的故障诊断装置3数据采集界面″电压采样″按钮，通过串行接口将电压信号送入故障诊断装置3并保存；将温度信号采样装置2的热像仪对准待诊断电路元件IC1，待信号稳定后，点击图2的故障诊断装置3数据采集界面″温度采样″按钮，通过USB接口将电路元件温度信号送入故障诊断装置3并保存；同样可以得到待诊断IC2，IC3，IC4，IC5的电压和温度信号数值。
进入故障诊断装置3的数据分析与诊断界面图3，点击图3的故障诊断装置3数据分析与诊断界面″电压处理″按钮，对采集的电压数据进行模糊处理，得到电压信号表示的各个待诊断电路元件IC1，IC2，IC3，IC4，IC5属于故障可能性的隶属度函数值并保存；点击图3的故障诊断装置3数据分析与诊断界面″温度处理″按钮，对采集的温度数据进行模糊处理，得到温度信号表示的各个待诊断电路元件IC1，IC2，IC3，IC4，IC5属于故障可能性的隶属度函数值并保存；
点击图3的故障诊断装置3数据分析与诊断界面″信息融合″按钮，对经过模糊处理得到的两组故障隶属度函数值利用D-S证据原理进行信息融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，再根据最大隶属度原则准确判定故障电路元件。
以上是本发明的实施方式之一，对于本领域内的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施例的基础上可以做多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是，这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。
Claims (12)
1.一种采用信息融合的故障诊断系统，其特征在于，该系统包括具备测试电路元件关键电压并进行预处理功能的电压信号采样装置(1)、具备测试电路元件的温度信号并进行预处理功能的温度信号采样装置(2)以及能对接收到的电压和温度信号进行信息融合处理，给出综合故障诊断结果的故障诊断装置(3)；所述电压信号采样装置(1)的信号输出端通过串行接口连接故障诊断装置(3)；所述温度信号采样装置(2)的输出端通过USB接口连接故障诊断装置(3)。
2.根据权利要求1的一种采用信息融合的故障诊断系统，其特征在于，所述系统中的电压信号采样装置(1)包括有电压数值显示窗口、RS232串行通信口、探针、信号放大滤波模块、A/D转换器和电源开关；待诊断电路元件的关键电压通过探针接到信号放大滤波模块，再进行A/D转换，同时进行数值窗口显示，在通信驱动程序控制下，通过RS232串行通信口向故障诊断装置(3)传送电压测试值。
3.根据权利要求1的一种采用信息融合的故障诊断系统，其特征在于，上述系统中的温度信号采样装置(2)包括有温度数值显示窗口、USB通信口、热像仪、信号放大滤波模块、A/D转换器和电源开关；将热像仪对准各个待诊断电路元件，得到温度信号，再进行放大滤波模块、A/D转换处理，同时进行数值窗口显示，在通信驱动程序控制下，通过USB通信口向故障诊断装置(3)传送温度测试值。
4.根据权利要求1的一种采用信息融合的故障诊断系统，其特征在于，上述系统中的故障诊断装置(3)包括有温度数值显示屏、RS232串行通信口、USB通信口和电源开关；它主要控制其与电压信号采样装置(1)和温度信号采样装置(2)的数据通信，实现温度和电压信号的模糊处理，进行D-S信息融合处理及故障元件判定。
5.一种如权利要求1所述的采用信息融合的故障诊断系统的实现方法，其特征在于，该方法包括：
1)采用电压信号采样装置(1)采集待诊断电路元件关键电压信号；采用温度信号采样装置(2)采集待诊断电路元件工作温度信号；
2)在电压信号采样装置(1)中，对电压信号进行放大、滤波预处理；在温度信号采样装置(2)中，对温度信号进行放大、滤波预处理；
3)在故障诊断装置(3)中，对来自电压信号采样装置1的电压信号和温度信号采样装置(2)的温度信号，分别进行模糊处理，得到两组表示各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值，然后再利用D-S证据原理进行数据融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，从而准确判定故障电路元件。
6.根据权利要求5的系统实现方法，其特征在于，所述方法步骤中，电压信号采样装置(1)、温度信号采样装置(2)分别采样电路元件的关键点电压和电路元件温度信号。
7.根据权利要求5的系统实现方法，其特征在于，所述方法步骤中，故障诊断装置(3)分析数据和诊断故障电路元件，由内置的控制驱动程序完成，该控制程序包括采样程序、通信程序和分析诊断程序三部分，采样程序内置于电压信号采样装置(1)和温度信号采样装置(2)中，驱动采样装置完成信号采样任务；通信程序分别内置于信号采样装置(1)、(2)和故障诊断装置(3)中，控制两两之间的数据通信和保存；分析诊断程序内置于故障诊断装置(3)中，完成数据模糊处理、信息融合和电路元件的故障判定。
8.根据权利要求5的系统实现方法，其特征在于，所述方法步骤中，将电压信号采样装置(1)的探针接到各个待诊断电路元件的关键点上，待信号稳定后，点击故障诊断装置(3)数据采集界面的″电压采样″按钮，则故障诊断装置(3)启动通信程序，通过串行接口将电压信号送入故障诊断装置(3)并保存。
9.根据权利要求5的系统实现方法，其特征在于，所述方法步骤中，将温度信号采样装置(2)的热像仪对准各个待诊断电路元件，待信号稳定后，点击故障诊断装置(3)数据采集界面的″温度采样″按钮，则故障诊断装置(3)启动通信程序，通过USB接口将电路元件温度信号送入故障诊断装置(3)并保存。
10.根据权利要求5的系统实现方法，其特征在于，所述方法步骤中，进入故障诊断装置(3)的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置(3)数据分析与诊断界面的″电压处理″按钮，则故障诊断装置(3)启动模糊数据处理程序，对采集的电压数据进行模糊处理，得到电压信号表示的各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值并保存。
11.根据权利要求5的系统实现方法，其特征在于，所述方法步骤中，进入故障诊断装置(3)的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置(3)数据分析与诊断界面的″温度处理″按钮，则故障诊断装置(3)启动模糊数据处理程序，对采集的温度数据进行模糊处理，得到温度信号表示的各个待诊断电路元件属于故障可能性的隶属度函数值并保存。
12.根据权利要求5的系统实现方法，其特征在于，所述方法步骤中，进入故障诊断装置(3)的数据分析与诊断界面，点击故障诊断装置(3)数据分析与诊断界面的″信息融合″按钮，则故障诊断装置(3)启动信息融合程序，对经过模糊处理得到的两组故障隶属度函数值利用D-S证据原理进行信息融合，得到一个综合的故障隶属度函数值，再根据最大隶属度原则准确判定故障电路元件。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080618 |