CN107422244A - 电路故障检测的混沌电源电流方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电路故障检测的混沌电源电流方法，包括如下步骤：步骤一、采用混沌电路作为被测电路的供电电源；步骤二、应用混沌电路的干路电流对被测电路的故障进行编码，并输入被测电路；步骤三、对被测电路的输出进行解码，得到的故障特征与输入的故障一一对应，形成故障字典；所述被测电路的两端分别设有上采样电路和下采样电路。本发明通过构造混沌调制电源，定义混沌电源的干路电流参数，从而实现对电路故障的检测，具有图解直观和差异明显的优点，且故障定位准确。

Description

电路故障检测的混沌电源电流方法
技术领域
本发明涉及一种电路故障检测方法，具体涉及一种电路故障检测的混沌电源电流方法，旨在利用混沌测量技术，应用混沌电源的干路电流参数，提取主要故障类型的特征差异性。
背景技术
模拟电路的软故障和硬故障的比例基本符合20/80定律。其中，硬故障即故障元件的参数突然发生大的变化，主要包括短路和开路；软故障即元件的参数值随着时间或环境条件而偏离至不能允许的程度，超过了该元件参数的容差范围。
现有模拟电路故障检测的主流方法是首先在仿真器中为被测电路分别注入故障，以便建立故障字典，为其后的实测打下自动测量基础。
如CMOS电路的电流测试技术，已经应用了直流供电源干路静态电流Iddq和动态电流Iddt，取得了近80%的故障覆盖率的良好表现，然而，其在使用过程中普遍存在差异不够明显和定位不够准确的问题存在。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种电路故障检测的混沌电源电流方法，通过构造混沌调制电源，定义混沌电源的干路电流参数，从而实现对电路故障的检测，具有图解直观和差异明显的优点，且故障定位准确。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种电路故障检测的混沌电源电流方法，包括如下步骤：
步骤一、采用混沌电路作为被测电路的供电电源；
步骤二、应用混沌电路的干路电流对被测电路的故障进行编码，并输入被测电路；
步骤三、对被测电路的输出进行解码，得到的故障特征与输入的故障一一对应，形成故障字典；
所述被测电路的两端分别设有上采样电路和下采样电路。
上文中，故障的差异判断还可以针对记录的混沌电源的干路电流参数的数据串，进一步提取故障特征，例如极值或者复杂度指标。
进一步地，所述混沌电路为布尔混沌电路或蔡氏混沌电路。
进一步地，当所述混沌电路为布尔混沌电路时，输入故障为硬故障；
当所述混沌电路为蔡氏混沌电路时，输入故障为软故障。
进一步地，所述硬故障包括弱开路、短路和桥接；
所述软故障包括元件参数漂移。
进一步地，当所述混沌电路为布尔混沌电路时，采用示波器显示相图故障特征差异，此时，上采样电路的端压送入示波器的X通道，下采样电路的端压送入示波器的Y通道；
当所述混沌电路为蔡氏混沌电路时，采用两个分辨率相同的功率计显示电流的数值故障特征差异，此时，上采样电路的端压和内流送入其中一个功率计中，下采样电路的端压和内流送入另一个功率计中。
优选地，所述上采样电路包括第一采样电阻；
所述下采样电路包括一采样电容和第二采样电阻，所述采样电容和第二采样电阻并联。
本发明的原理为：混沌信号敏感于初值和参数，具有频谱宽且具连续性、相图几何形状独特以及信号复杂度丰富的特点，这使得混沌编码信号，有可能随机放大了电路故障的细微影响，最终通过单一参数，例如干路电流，来独立表达出故障存在与否或者定位信息的独特证据，然后借助混沌的各种判据来解码，例如相图演进规律，又如复杂度判断的各种熵数，来可视化图解故障的混沌表达，或者基于功率计做区别明显的数值差异指示。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明采用混沌编码示例了两种典型混沌电路分别作为调制电源，故障注入覆盖了硬故障如开路、短路和桥接以及软故障如参数漂移现象，混沌解码借助于相图示波显现的集合差异或者功率计的数值差异表现，通过示波相图或功率计数值所提供的差异，为典型故障做混沌编解码，具有图解直观和差异明显的优点，且故障定位准确；
2．本发明扩展了混沌测量研究的电流测试故障应用，适于推广使用。
附图说明
图1是本发明的混沌电源电流方法原理框图。
图2是本发明实施例一的基于布尔混沌电源的混沌电源电流方法测试框图。
图3是本发明实施例一的基于布尔混沌电源检测三维RLC电路的硬故障相图特征。
图4是本发明实施例一的无故障时的混沌相图特征。
图5是本发明实施例一的典型开路故障的混沌相图特征。
图6是本发明实施例一的典型短路的混沌相图特征。
图7是本发明实施例一的典型桥接故障的混沌相图特征。
图8是本发明实施例二的基于蔡氏混沌电源检测三维RLC电路的软故障相图特征的框图。
图9是本发明实施例二的基于蔡氏混沌电源检测三维RLC电路的软故障功率特征。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
参见图1至7所示，一种电路故障检测的混沌电源电流方法，包括如下步骤：
步骤一、采用混沌电路作为被测电路的供电电源；
步骤二、应用混沌电路的干路电流对被测电路的故障进行编码，并输入被测电路；
步骤三、对被测电路的输出进行解码，得到的故障特征与输入的故障一一对应，形成故障字典；
所述被测电路的两端分别设有上采样电路和下采样电路。
本实施例中，故障的差异判断还可以针对记录的混沌电源的干路电流参数的数据串，进一步提取故障特征，例如极值或者复杂度指标。
所述混沌电路为布尔混沌电路，主要参数应用混沌电源的干路电流，表达被测电路的硬故障状态，故障特征基于相图的特征差异。
具体为：布尔混沌电路组成包括了施密特非门U1A、U3A，配合电阻R4、电容C1构成的施密特数字脉冲源，异或门U2A，以及三级非门延迟反馈链U4A～U6A；反馈链的右端直接连到上采样电阻。
上采样电阻Rup=20Ω，下采样电阻和电容并联是Rdown//Cdown=20Ω//1nF；其端压分别送入示波器的X和Y通道，是为干路电流的间接测量。
被测电路位于上下采样电阻之间，三维被测无源RLC电路的组成包括12只3kΩ电阻、4只1mH电感和2只10nF电容。
硬故障注入：R8弱开路；R12左端短路到地；R12两端桥接了；三种故障代表分别作为单次弱故障注入。
混沌特征：结果是示波器给出的混沌相图几何差异，相比于有无硬故障，差别明显易于观察。
故障识别：明显地有，保持X和Y通道的相等时间分辨率相等电压分辨率和相等时长条件下，弱开路、短路和桥接等典型故障的混沌相图的几何差异易于观察分辨。
实施例二：
参见图1、8和9所示，一种电路故障检测的混沌电源电流方法，包括如下步骤：
步骤一、采用混沌电路作为被测电路的供电电源；
步骤二、应用混沌电路的干路电流对被测电路的故障进行编码，并输入被测电路；
步骤三、对被测电路的输出进行解码，得到的故障特征与输入的故障一一对应，形成故障字典；
所述被测电路的两端分别设有上采样电路和下采样电路。
本实施例中，故障的差异判断还可以针对记录的混沌电源的干路电流参数的数据串，进一步提取故障特征，例如极值或者复杂度指标。
所述混沌电路为蔡氏混沌电路，主要参数应用混沌电源的干路电流，表达被测电路的软故障状态，故障特征基于功率计数值的特征差异。
具体为，蔡氏混沌电路组成包括了一只电阻、一只电感、二只电容和双运放构造的负阻；通过单运放缓冲，连接到上采样电阻。
上采样电阻R9=1Ω，下采样电阻和电容并联是R22//C3=1Ω//1nF；其端压和内流分别送入分辨率相同的两只功率计，是为干路电流的间接测量。
被测电路位于上下采样电阻之间，三维被测无源RLC电路的组成包括12只1kΩ电阻、4只1mH电感和2只1nF电容。
软故障注入：电感L2、电感L3、电容C4或电容C5的参数分别漂移了±0.1%，作为故障注入条件。
混沌特征：统计功率计差异结果表明，经过混沌编码的电感的微弱参数漂移，导致最少3.9%和最大4.1%的功率计示值差异（相对于无故障的最小功率示值）；类同的规律是，电容的微弱参数漂移，导致最少1.7%和最大2.9%的功率计示值差异。
故障识别：明显地有，针对单个软故障注入，通过功率计的间接测量，同样可以侦测混沌电源的干路电流变化，识别结果是提高了一个数量级的差异表达。
本发明所选择的混沌电源，来源于经典的混沌电路，特性研究成果丰富；干路电流故障测试的直流或者交流成分研究，也有较好的技术积累。基此，主要利用混沌干路电流，编码电路故障，通过上、下采样得到便于示波研究的相图故障特征，或功率计指示电流的故障承载信息，这样便于形成故障字典的混沌编解码版本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种电路故障检测的混沌电源电流方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采用混沌电路作为被测电路的供电电源；
步骤二、应用混沌电路的干路电流对被测电路的故障进行编码，并输入被测电路；
步骤三、对被测电路的输出进行解码，得到的故障特征与输入的故障一一对应，形成故障字典；
所述被测电路的两端分别设有上采样电路和下采样电路。
2.根据权利要求1所述的电路故障检测的混沌电源电流方法，其特征在于：所述混沌电路为布尔混沌电路或蔡氏混沌电路。
3.根据权利要求2所述的电路故障检测的混沌电源电流方法，其特征在于：当所述混沌电路为布尔混沌电路时，输入故障为硬故障；
当所述混沌电路为蔡氏混沌电路时，输入故障为软故障。
4.根据权利要求3所述的电路故障检测的混沌电源电流方法，其特征在于：所述硬故障包括弱开路、短路和桥接；
所述软故障包括元件参数漂移。
5.根据权利要求2所述的电路故障检测的混沌电源电流方法，其特征在于：当所述混沌电路为布尔混沌电路时，采用示波器显示相图故障特征差异，此时，上采样电路的端压送入示波器的X通道，下采样电路的端压送入示波器的Y通道；
当所述混沌电路为蔡氏混沌电路时，采用两个分辨率相同的功率计显示电流的数值故障特征差异，此时，上采样电路的端压和内流送入其中一个功率计中，下采样电路的端压和内流送入另一个功率计中。
6.根据权利要求1所述的电路故障检测的混沌电源电流方法，其特征在于：所述上采样电路包括第一采样电阻；
所述下采样电路包括一采样电容和第二采样电阻，所述采样电容和第二采样电阻并联。
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