CN112269364A - 一种故障定位自测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障定位自测试系统和方法，该系统包括光耦隔离电路、PXI机箱、分析单元、信号调理器、数字信号缓冲器、上位计算机及微处理器，其中PXI机箱包括PXI机箱背板，PXI机箱背板上插有自激励响应模块、三用表模块、通讯模块、功率计算模块、采样保持电路和AD模块，分析单元包括电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率分析模块及波形分析模块。与现有测试系统相比，在测试系统中增加了故障定位和便携功能，将现有的测试系统改进为BIT技术的便携设备，从而满足故障特征提取、知识库的建立和可携带办公设备的实现。另外具有很好的自动化、通用化和智能化的应用，可借鉴设计思路批量推广使用。

Description

一种故障定位自测试系统及方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域。更具体地，涉及一种基于BIT技术的故障定位自测试系统及方法。

背景技术

测试系统是电子产品质量的检验工具，并可为产品提供定期维护，确保其稳定可靠工作。随着测试复杂度、测试难度的提升，对现场测试人员的水平和消耗也与日俱增。为摆脱现场约束，自动化、智能化、安全化的测试数据分析与故障诊断系统称为迫切需求。

BIT(built-in-test)技术，也称机内测试技术或机内自检测技术。作为系统和设备故障检测、定位和隔离的一种手段，对于一些机载设备来说，是一种非常重要的自检方法。其主要针对其系统故障，通过其自检的手段改善机载系统的测试性能或者提高设备的诊断能力。BIT技术的核心目的是提高装备系统的可靠性、维修性和测试性，是近年来提高电子系统测试性、维修性的最有效果的技术之一。

与传统的故障诊断与监控技术不一样的是，在BIT技术中包含了一种新的“测试性设计”，它所要考虑的问题是在系统设计的一开始就把该系统的测试性考虑在其中，然后再进行测试性设计。实现良好的测试性就是利用已经设计在被测单元中的具有自测试的硬件或软件来对被测件进行测试与分析，这就需要从被测系统的结构和层次方面考虑。通过这种设计可以实现各级故障的自动检测与隔离。

当前广泛采用的测试系统主要由主控计算机、测控组合等组成，不具备测试信号的判读功能，更不具备自动化、实时预警、故障定位、实时监测、可移动化等功能特点，无法满足电子产品爆炸式发展的需求。为摆脱现场约束，自动化、智能化、安全化的测试数据分析与故障诊断系统成为迫切需求。

因此，为了满足电子产品新的测试需求，解决以往测试系统无法移动、定位故障的问题，需要一种基于BIT技术的故障定位自测试系统及方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种故障定位自测试系统，解决以往测试系统无法移动、定位故障的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种故障定位自测试系统，该系统包括光耦隔离电路、PXI机箱、分析单元、信号调理器、数字信号缓冲器、上位计算机及微处理器，其中PXI机箱包括PXI机箱背板，PXI机箱背板上插有自激励响应模块、三用表模块、通讯模块、功率计算模块、采样保持电路和AD模块，分析单元包括电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率分析模块及波形分析模块；其中

光耦隔离模块分别与被测对象和PXI机箱相连；

自激励响应模块的输出端与数字信号缓冲器的输入端相连，三用表模块的输出端与电压电流分析模块的输出端相连，通讯模块的输出端与数字信号分析模块的输入端相连，功率计模块的输出端与功率分析模块的输入端相连，采样保持电路的输出端与AD模块的输入端相连，及AD模块的输出端与波形分析模块的输入端相连；

上位计算机分别与电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率分析模块及波形分析模块的输出端连接，上位计算机还分别与数字信号缓冲器和微处理器相连；及

信号调理器分别与自激励响应模块、三用表模块、通讯模块、功率计算模块和AD模块的输出端相连。

可选地，被测对象为低电压输入，PXI机箱为高电压输入，光耦隔离模块用于隔离被测对象和PXI机箱。

可选地，PXI用于为被测对象提供测试环境并提供PXI测试总线支持，其中

自激励响应模块被配置于采集被测对象的自激励信号，并控制上位计算机对被测对象进行自激励控制；

三用表模块被配置于完成电压、电阻及电流信号的测量；

通讯模块被配置于与被测对象进行协议通讯；

功率计算模块被配置于对被测对象进行功率测量；

采样保持电路被配置于控制模拟信号在进行A/D转换时保持基本不变；及

AD模块被配置于完成对模拟量的采集。

可选地，分析单元用于信号提供分析，其中

电压电流分析模块被配置于分析当前测试的电压电流值是否符合标准，并且判断离散量是否过大；

数字信号分析模块被配置于分析当前接收到的数字信号是否与定义的收发数据一致，并且判读丢帧频次；

功率分析模块被配置于分析当前测试的功率值是否与符合标准，并且判断离散量是否过大；及

波形分析模块被配置于分析当前接收到的波形中高低电平与脉冲个数是否与预定值一致。

可选地，信号调理被配置于对接收到的电压值、频率值、波形和逻辑量完成对信号的滤波、差分放大、幅值限定和数据缓冲。

可选地，数字信号缓冲器被配置于抑制器件的内因过压、过流，保证接收到的自激励响应为真实值。

可选地，上位计算机被配置于接收到初始分析数据并与后台故障码进行对比，定位出故障问题。

可选地，微处理被配置于为接收到的模拟量和数字量提供时间轴后储存，同时对传输数据提供时间节点并为测试提供数据库支持。

可选地，故障定位自测试系统中通过以太网进行信号传输。

本发明的另一个目的在于提供一种故障定位自测试方法。

一种故障定位自测试方法，应用于上述的故障定位自测试系统，该方法包括：

自激励响应模块通过以太网接口接收通讯信号；

自激励响应模块通过PXI总线经光耦隔离电路与被测对象进行通讯；

当被测对象进行BIT测试后与被测对象内的FPGA芯片进行通讯，并传输应答码或故障码至上位计算机，其中

若上位计算机接收到应答码，则回复正确；

若上位计算机接收到故障码，则将故障码传输至微处理器，基于微处理器中与被测对象对应的软件代码判断出被测对象的大致故障范围，并将故障信息传输至上位计算机；

上位计算机将控制信号传输至三用表模块、通讯模块、功率计模块和AD模块以采集被测对象的实时信息，同时传输至分析单元和微处理器中，分析单元中各模块分别与正常状态下的电压、电流、通讯数字量、模拟量、功率值进行比对；及

基于比对结果计算各数值的冗余度，并根据冗余度判断出故障位置。

本发明的有益效果如下：

本发明与现有测试系统相比，在测试系统中增加了故障定位和便携功能，将现有的测试系统改进为BIT技术的便携设备，从而满足故障特征提取、知识库的建立和可携带办公设备的实现。另外具有很好的自动化、通用化和智能化的应用，可借鉴设计思路批量推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出一种故障定位自测试系统结构示意图。

图2示出一种故障定位自测试系统搭建方法示意图。

图3示出一种故障定位自测试系统实物示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示，本发明提供一种故障定位自测试系统，该系统包括光耦隔离电路1、PXI机箱3、分析单元、信号调理器15、数字信号缓冲器16、上位计算机17及微处理器19，其中所述PXI机箱3包括PXI机箱背板10(图中未示出)，所述PXI机箱背板上插有自激励响应模块4、三用表模块5、通讯模块6、功率计算模块7、采样保持电路8和AD模块9，分析单元包括电压电流分析模块11、数字信号分析模块12、功率分析模块13及波形分析模块14。

各模块连接关系如下：

光耦隔离模块1分别与被测对象2和PXI机箱3相连；自激励响应模块4的输出端与数字信号缓冲器16的输入端相连，三用表模块5的输出端与电压电流分析模块11的输出端相连，通讯模块6的输出端与数字信号分析模块12的输入端相连，功率计模块7的输出端与功率分析模块13的输入端相连，采样保持电路8的输出端与AD模块9的输入端相连，及AD模块9的输出端与波形分析模块14的输入端相连；上位计算机17分别与电压电流分析模块11、数字信号分析模块12、功率分析模块13及波形分析模块14的输出端连接，上位计算机17还分别与数字信号缓冲器16和微处理器19相连；及信号调理器15分别与自激励响应模块4、三用表模块5、通讯模块6、功率计算模块7和AD模块9的输出端相连。

由于被测对象经常是低电压输入而测试设备是高电压输入，发生故障时会对测试过程中的测试设备产生影响而使采样读数发生异常，所以在被测对象和测试设备间增加光耦隔离电路，光耦隔离电路的功能是控制被测对象和高压设备因有电的连接而引起干扰。

PXI机箱3的功能是为测试模块提供测试环境并提供PXI测试总线支持。

自激励模块4的功能是对被测对象的自激励信号进行采集并使计算机对被测对象进行自激励控制；三用表模块5的功能是完成电压、电阻及电流信号的测量；通讯模块6的功能是与被测对象进行协议通讯；功率计模块7的功能是完成被测信号的功率测量；由于模拟量信号在故障发生时会有干扰，在AD模块采集前增加采样保持电路8，采样保持电路的功能是在模拟信号进行A/D转换时的等待时间内，模拟信号保持基本不变，维持转换精度；AD模块9的功能是完成对模拟量的采集。

对于分析单元：电压电流分析模块11的功能是分析当前测试的电压电流值是否符合标准并且判断离散量是否过大；数字信号分析模块12的功能是分析当前接收到的数字信号是否与定义的收发数据一致并判读丢帧频次；功率分析模块13的功能是分析当前测试的功率值是否与符合标准并且判断离散量是否过大；波形分析模块14的功能是分析接收到的波形中高低电平与脉冲个数是否与预定值一致。

信号调理器15的功能是对接收到的电压值、频率值、波形、逻辑量等完成对信号的滤波、差分放大、幅值限定和数据缓冲等工作；数字信号缓冲器16的功能是抑制器件的内因过压、过流，保证接收到的自激励响应为真实值；上位计算机17的功能是接收到初始分析数据后与后台故障码进行对比，定位出故障问题，微处理器19的功能是给接收到的模拟量、数字量等信号提供时间轴后储存起来同时对传输数据提供时间节点并给测试提供数据库支持。

本发明中，光耦隔离电路分别与被测对象、PXI机箱相连接，PXI机箱内含PXI机箱背板，PXI机箱背板上插入自激励响应模块、三用表模块、通讯模块、功率计模块、AD模块，自激励响应模块分别与PXI机箱背板、数字信号缓冲器、信号调理器相连接，三用表模块分别与PXI机箱背板、电压电流分析模块、信号调理器相连接，通讯模块分别与PXI机箱背板、数字信号分析模块、信号调理器相连接，功率计模块分别与PXI机箱背板、功率分析模块、信号调理器相连接，采样保持电路分别与光耦隔离电路、AD模块相连接，AD模块分别与PXI机箱背板、采样保持电路、波形分析模块、信号调理器相连接，电压电流分析模块分别与三用表模块、上位计算机相连接，数字信号分析模块分别与通讯模块、上位计算机相连接，功率分析模块分别与功率计模块、上位计算机相连接，波形分析模块分别与AD模块、上位计算机相连接，信号调理器分别与自激励响应模块、三用表模块、通讯模块、功率计模块、AD模块、微处理器相连接，数字信号缓冲器分别与自激励响应模块、上位计算机相连接，上位计算机分别与电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率分析模块、波形分析模块、微处理器相连接，微处理器分别与上位计算机、信号调理器相连接。

与现有测试系统相比，在测试系统中增加了故障定位和便携功能，将现有的测试系统改进为BIT技术的便携设备，从而满足故障特征提取、知识库的建立和可携带办公设备的实现。另外具有很好的自动化、通用化和智能化的应用，可借鉴设计思路批量推广使用。

本发明还提供了一种故障定位自测试方法，应用于上述的故障定位自测试系统，该方法包括：

自激励响应模块通过以太网接口接收通讯信号；

自激励响应模块通过PXI总线经光耦隔离电路与被测对象进行通讯；

当被测对象进行BIT测试后与被测对象内的FPGA芯片进行通讯，并传输应答码或故障码至上位计算机，其中

若上位计算机接收到应答码，则回复正确；

若上位计算机接收到故障码，则将故障码传输至微处理器，基于微处理器中与被测对象对应的软件代码判断出被测对象的大致故障范围，并将故障信息传输至上位计算机；

上位计算机将控制信号传输至三用表模块、通讯模块、功率计模块和AD模块以采集被测对象的实时信息，同时传输至分析单元和微处理器中，分析单元中各模块分别与正常状态下的电压、电流、通讯数字量、模拟量、功率值进行比对；及

基于比对结果计算各数值的冗余度，并根据冗余度判断出故障位置。

具体地，在一个实施例中，在进行故障定位时，故障定位自测试系统以上位计算机为核心、微处理器为次核心，包括：

第一步，通过以太网接口将通讯信号传递给自激励响应模块，自激励响应模块通过PXI总线，经光耦隔离电路与被测对象进行通讯，当被测对象进行BIT测试即机内自测试流程(以电流通过被测对象的各个引脚并与被测对象内的FPGA芯片进行通讯，检测机内电路的完整性，硬件的可靠性)后与被测对象内的FPGA芯片进行通讯，传输应答码或故障码到上位计算机；

第二步，若为正确应答码则回复正确，若回复故障码，则将故障码传输给微处理器，根据微处理器中与被测对象所规定的软件代码，判断出被测对象大致故障范围，并将故障信息传输给上位计算机；

第三步，上位计算机通过PXI机箱利用PXI总线传输控制信号给三用表模块、通讯模块、功率计模块、AD模块，各模块采集被测对象的实时信息，同时传输给电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率计分析模块、波形分析模块、微处理器中，电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率计分析模块、波形分析模块分别与正常状态下的电压、电流、通讯数字量、模拟量、功率值进行比对，并计算出方差等信息进行比对，根据各数值的冗余度进行判断出故障位置，其中微处理器储存了各项目测试信息，可以返厂进行数据判断。

如图2所示，本发明还提供了一种可行性被测对象BIT自测试方法，将被测对象的FPGA芯片的一个引脚与电路板内其他芯片的最后一个引脚、电路板内电路顺序相连接，当供电电流进入被测对象内，经过被测对象内的第一个芯片后，将流经芯片的电流、计算后得出的阻抗等信息经电路继续传导到第二个芯片中继续上一步直到通过所有芯片以及电路后，将电路的流经信息汇总到FPGA芯片内，FPGA芯片在通过被测对象内自激励传输装置传输到外部自激励模块内进行数据交互，本文仅提供一种操作方法，其他可起到同目的的自测试方法均可试用。

如图3所示，本发明还提供了一种可行性实物搭建方法，将PXI机箱插入三用表模块、通讯模块、功率计模块、AD模块，为防止各模块对自激励模块的干扰，将自激励模块隔槽放置，在各模块后方为PXI机箱背板，背板后方连接电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率计分析模块、波形分析模块，零槽计算机即集成操作系统和模块驱动一体的上位计算机，PXI机箱引出供电线与被测对象连接，光耦隔离电路在PXI机箱与供电线的连接处添加，采样保持电路集成在AD模块的接收通道前端，数字信号缓冲器集成在自激励响应模块传输通道内，信号调理器与微处理器在零槽计算机后面板传输线路前添加，设备集成后为台式计算机大小，可方便携带。

该发明与现有测试系统相比，在测试系统中增加了故障定位和便携功能，将现有的测试系统改进为BIT技术的便携设备，从而满足故障特征提取、知识库的建立和可携带办公设备的实现。另外具有很好的自动化、通用化和智能化的应用，可借鉴设计思路批量推广使用。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种故障定位自测试系统，其特征在于，所述系统包括光耦隔离电路、PXI机箱、分析单元、信号调理器、数字信号缓冲器、上位计算机及微处理器，其中所述PXI机箱包括PXI机箱背板，所述PXI机箱背板上插有自激励响应模块、三用表模块、通讯模块、功率计算模块、采样保持电路和AD模块，所述分析单元包括电压电流分析模块、数字信号分析模块、功率分析模块及波形分析模块；其中

所述光耦隔离模块分别与被测对象和所述PXI机箱相连；

所述自激励响应模块的输出端与所述数字信号缓冲器的输入端相连，所述三用表模块的输出端与所述电压电流分析模块的输出端相连，所述通讯模块的输出端与所述数字信号分析模块的输入端相连，所述功率计模块的输出端与所述功率分析模块的输入端相连，所述采样保持电路的输出端与所述AD模块的输入端相连，及所述AD模块的输出端与所述波形分析模块的输入端相连；

所述上位计算机分别与所述电压电流分析模块、所述数字信号分析模块、所述功率分析模块及所述波形分析模块的输出端连接，所述上位计算机还分别与所述数字信号缓冲器和所述微处理器相连；及

所述信号调理器分别与所述自激励响应模块、所述三用表模块、所述通讯模块、所述功率计算模块和所述AD模块的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述被测对象为低电压输入，所述PXI机箱为高电压输入，所述光耦隔离模块用于隔离所述被测对象和所述PXI机箱。

3.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述PXI用于为所述被测对象提供测试环境并提供PXI测试总线支持，其中

所述自激励响应模块被配置于采集所述被测对象的自激励信号，并控制所述上位计算机对所述被测对象进行自激励控制；

所述三用表模块被配置于完成电压、电阻及电流信号的测量；

所述通讯模块被配置于与所述被测对象进行协议通讯；

所述功率计算模块被配置于对所述被测对象进行功率测量；

所述采样保持电路被配置于控制模拟信号在进行A/D转换时保持基本不变；及

所述AD模块被配置于完成对模拟量的采集。

4.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述分析单元用于信号提供分析，其中

所述电压电流分析模块被配置于分析当前测试的电压电流值是否符合标准，并且判断离散量是否过大；

所述数字信号分析模块被配置于分析当前接收到的数字信号是否与定义的收发数据一致，并且判读丢帧频次；

所述功率分析模块被配置于分析当前测试的功率值是否与符合标准，并且判断离散量是否过大；及

所述波形分析模块被配置于分析当前接收到的波形中高低电平与脉冲个数是否与预定值一致。

5.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述信号调理被配置于对接收到的电压值、频率值、波形和逻辑量完成对信号的滤波、差分放大、幅值限定和数据缓冲。

6.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述数字信号缓冲器被配置于抑制器件的内因过压、过流，保证接收到的自激励响应为真实值。

7.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述上位计算机被配置于接收到初始分析数据并与后台故障码进行对比，定位出故障问题。

8.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述微处理被配置于为接收到的模拟量和数字量提供时间轴后储存，同时对传输数据提供时间节点并为测试提供数据库支持。

9.根据权利要求1所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述故障定位自测试系统中通过以太网进行信号传输。

10.一种故障定位自测试方法，应用于权利要求1-9中任一项所述的故障定位自测试系统，其特征在于，所述方法包括：

所述自激励响应模块通过以太网接口接收通讯信号；

所述自激励响应模块通过PXI总线经所述光耦隔离电路与所述被测对象进行通讯；

当所述被测对象进行BIT测试后与所述被测对象内的FPGA芯片进行通讯，并传输应答码或故障码至所述上位计算机，其中

若所述上位计算机接收到所述应答码，则回复正确；

若所述上位计算机接收到所述故障码，则将所述故障码传输至所述微处理器，基于微处理器中与所述被测对象对应的软件代码判断出所述被测对象的大致故障范围，并将故障信息传输至所述上位计算机；

所述上位计算机将所述控制信号传输至所述三用表模块、所述通讯模块、所述功率计模块和所述AD模块以采集被测对象的实时信息，同时传输至所述分析单元和所述微处理器中，所述分析单元中各模块分别与正常状态下的电压、电流、通讯数字量、模拟量、功率值进行比对；及

基于比对结果计算各数值的冗余度，并根据所述冗余度判断出故障位置。

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